Modulatie tot sonoluminescentie bereikt in aanwezigheid van koolstofnanopunten in water

Onderzoekers onder leiding van prof. Xu Wen van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met hun medewerkers van de Chongqing Medical University, hebben onlangs de invloed van koolstofnanodots (CND’s) op het sonoluminescentie-effect onderzocht, en ze vonden dat de kleur van sonoluminescentie aangedreven door intens ultrageluid zou kunnen worden veranderd van ultraviolet-blauw in water in oranje door de aanwezigheid van CND’s in water.

“Het vertoont een feloranje kleur”, zei prof. Xu, die het team leidde, “en het kan zelfs met het blote oog worden gezien.”

Als de negatieve akoestische druk groter is dan de cavitatiedrempel van een vloeistof, vindt de cavitatie plaats en kunnen de bellen in de vloeistof worden geïnduceerd onder de werking van het gefocuste intense ultrageluid. Deze bellen ondergaan een langzame expansie en snelle ineenstorting. Op het moment dat de bel instort, kunnen lichtflitsen worden gegenereerd en waargenomen, wat bekend staat als de sonoluminescentie. Daarnaast spelen hydroxylradicalen een belangrijke rol bij het sonoluminescentie-effect in water.

In dit werk was de modulatie zo sterk dat de kleur van sonoluminescentie aanzienlijk kon worden veranderd. De onderzoekers maten de sonoluminescentiespectra en pulsen in water en in waterige CND-oplossing en onderzochten de veranderingen die plaatsvonden in CND’s na een sonoluminescentie-experiment.

“Dankzij de koppeling van de C-gebaseerde bindingen op CND’s met vrije hydroxylradicalen gegenereerd tijdens de cavitatie- en sonoluminescentieprocessen, hadden we de modulatie,” zei Xu, “deze bevindingen leveren experimenteel bewijs voor het begrip van het mechanisme van het sonoluminescentie-effect .”

Aan de andere kant is ultrasone behandeling een veelgebruikte techniek die wordt toegepast voor de synthese van koolstofnanomaterialen. Deze keer ontdekten de onderzoekers dat de intense echografie zowel fysieke als chemische effecten op CND’s had.

Fysiek zou intens ultrageluid de grootte kunnen verkleinen en resulteren in een betere kristallisatie van de koolstofkern, samen met een meer uniforme dispersie van CND’s. Chemisch gezien zou hydroxylradicaal gegenereerd door cavitatie en sonoluminescentie kunnen leiden tot kettingachtige oxidatiereacties met de functionele groepen op CND’s om meer carboxylgroepen te vormen. Deze resultaten zijn nuttig voor het ontwerpen, synthetiseren en moduleren van de fluorescerende koolstofstippen.