Mysterie van de nanobellen opgelost

Water dat gesuspendeerde nanobellen bevat, wordt in veel biologische en medische toepassingen gebruikt. Nanobellen verhogen bijvoorbeeld de efficiëntie van medicijn- en genafgifte. Water dat zuurstof-nanobellen bevat, wordt gebruikt bij de behandeling van afvalwater, om de groei van planten en dieren te bevorderen en om ziekten veroorzaakt door anaërobe bacteriën te genezen. De waargenomen levensduur van gesuspendeerde nanobellen is tot enkele weken. Volgens de klassieke theorie van bubbelstabiliteit zou een bubbel met nanogrootte binnen microseconden moeten oplossen. Deze controverse tussen experimenten en theorie staat bekend als de nanobellenparadox.

Nu hebben onderzoekers van VTT Technical Research Center of Finland, Tapio Vehmas en Lasse Makkonen, deze paradox opgelost. Volgens hun thermodynamische analyse lossen bellen op nanoschaal inderdaad snel op, maar wanneer de bel al bij zijn vorming voldoende klein is, begint het oplossingsproces niet. Dit komt omdat wanneer een zeer kleine bel krimpt, de energie die nodig is om de oververzadiging te creëren die nodig is om gas van de belgrens naar de vloeistof over te brengen, meer is dan de overeenkomstige vermindering van de oppervlakte-energie van de bel. Volgens Vehmas en Makkonen is de beldiameter, waaronder het oplossen niet begint in verzadigd water bij kamertemperatuur, 180 nanometer.

Het onderzoek van Vehmas en Makkonen maakt duidelijk waarom nanobellen kunnen bestaan ​​en wat de basis is om ze te produceren. Dit zal helpen bij het ontwikkelen van efficiëntere nanobellengeneratoren. De nieuwe theorie kan ook worden toegepast op nanobellen die op oppervlakken zijn bevestigd. Nanobellen aan het oppervlak worden bijvoorbeeld gebruikt bij het reinigen en bij het verminderen van wrijving van objecten die in water bewegen.

De studie “Metastable nanobubbles” door Makkonen en Tikanmäki werd gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society ACS Omega​