Лазерно-індукована керована генерація мікропухирців в водній суспензії поглинаючих колоїдних частинок
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2016.53.159458Анотація
Парогазові бульбашки мікронних і нанометрових розмірів утворюються в результаті локального нагріву водної суспензії, що містить поглинаючі частки пігмента діаметром 100 нм. Нагрівання здійснюється за допомогою безперервного лазерного випромінювання регульованої потужності ближнього ІК діапазону (980 нм), сфокусуваного в фокальній плямі діаметром приблизно 100 мкм в шарі суспензії товщиною 2 мм. Залежно від потужності лазера, можна здійснити чотири режими: (1) первинне утворення бульбашок, (2) стійке зростання існуючих бульбашок, (3) стаціонарне існування бульбашок і (4) скорочення і колапс бульбашок. Така поведінка інтерпретується на підставі температурних умов в кюветі. Показана можливість утворення одиничних бульбашок і груп бульбашок з керованими розмірами. Бульбашки зосереджені в освітленій лазером області і формують квазіупорядковані структури; вони можуть бути легко переміщені в об’ємі рідини разом з фокальною плямою. Отримані результати можуть бути корисні для додатків, пов'язаних з прецизійною маніпуляцією і наноінженерією.
Посилання
Baffou G. and Rigneault H. Femtosecond-Pulsed Optical Heating of Gold Nanoparticles // Journals Physical Review B. – 2011. – Vol. 84. – P. 035415.
Fang Z., Zhen Y. R., Neumann O., Polman A., García de Abajo F. J., Nordlander P. and Halas N. J. Evolution of light-induced vapor generation at a liquid-immersed metallic nanoparticle // Nano Letters. – 2013. – Vol. 13(4). – Р. 1736-1742.
Boyd D. A., Adleman J. R., Goodwin D. G. and Psaltis D. Chemical separations by bubble-assisted interphase mass-transfer // Analytical Chemistry. – 2008. – Vol. 80(7). – Р. 2452-2456.
Boyd D. A., Greengard L., Brongersma M., El-Naggar M. Y. and Goodwin D. G. Plasmon-assisted chemical vapor deposition // Nano Letters. – 2006. – Vol. 6(11). – Р. 2592-2597.
C. Li, Z. Wang, P. I. Wang, Y. Peles, N. Koratkar and G. P. Peterson Nanostructured copper interfaces for enhanced boiling // Small. – 2008. – Vol. 4(8). – Р. 1084-1088.
E. Lukianova-Hleb, Y. Hu, L. Latterini, L. Tarpani, S. Lee, R. A. Drezek, and D. O. Lapotko Plasmonic nanobubbles as transient vapor nanobubbles generated around plasmonic nanoparticles // ACS Nano. – 2010. – Vol. 4(4). – Р. 2109-2123.
J. Kao, X. Wang, J. Warren, J. Xu, and D. Attinger A bubble-powered microrotor: conception, manufacturing, assembly and characterization // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2007. – Vol. 17(12). – Р. 2454-2460.
A. Hashmi, G. Yu, M. Reilly-Collette, G. Heiman, and J. Xu Oscillating bubbles: a versatile tool for lab on a chip applications // Lab on a Chip. – 2012. – Vol. 12(21). – Р. 4216-4227.
C. Zhao, Y. Liu, Y. Zhao, N. Fang, and T. J. Huang , A reconfigurable plasmofluidic lens // Nature Communications. – 2013. – Vol. 4. – Р. 2305.
P. Marmottant and S. Hilgenfeldt A bubble-driven microfluidic transport element for bioengineering // PNAS. – 2004. – Vol. 101(26). – Р. 9523-9527.
S. Lal, S. E. Clare, and N. J. Halas Nanoshell-Enabled Photothermal Cancer Therapy: Impending Clinical Impact // Acc. Chem. Res. – 2008. – Vol. 41(12). – Р. 1842-1851.
M. Delcea, N. Sternberg, A. M. Yashchenok, R. Georgieva, H. Baumler, H. Mohwald, and A. G. Skirtach Nanoplasmonics for Dual-Molecule Release through Nanopores in the Membrane of Red Blood Cells // ACS Nano. – 2012. – Vol. 6(5). – Р. 4169-4180.
P. Ghosh, G. Han, M. De, C. K. Kim, and V. M. Rotello Gold Nanoparticles in Delivery Applications // Advanced Drug Delivery Reviews. – 2008. – Vol. 60(11). – Р. 1307-1315.
S. V. Oshemkov, L. P. Dvorkin, and V. Y. Dmitriev Trapping and manipulating gas bubbles in water with ultrashort laser pulses at a high repetition rate // Technical Physics Letters. – 2009. – Vol. 35(3). – Р. 282-285.
V. Kotaidis, C. Dahmen, G. von Plessen, F. Springer, and A. Plech Excitation of nanoscale vapor bubbles at the surface of gold nanoparticles in water // The Journal of Chemical Physics. – 2006. – Vol. 124(18). – Р. 184702.
M. T. Carlson, A. J. Green, and H. H. Richardson Superheating water by CW excitation of gold nanodots // Nano Letters. – 2012. – Vol. 12(3). – Р. 1534-1537.
I. Akhatov, N. Vakhitova, A. Topolnikov, K. Zakirov, B. Wolfrum, T. Kurz, O. Lindau, R. Mettin, and W. Lauterborn Dynamics of laser-induced cavitation bubbles // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2002. – Vol. 26. – Р. 731-737.
S. F. Rastopov, and A. T. Sukhodol'sky Cluster nucleation in the process of CW laser induced thermocavitation // Physics Letters A. – 1990. – Vol. 149(4). – Р. 229-232 (1990).
J. C. Ramirez-San-Juan, E. Rodriguez-Aboytes, A. E. Martinez-Canton, O. Baldovino-Pantaleon, A. Robledo-Martinez, N. Korneev, and R. Ramos-Garcia Time-resolved analysis of cavitation induced by CW lasers in absorbing liquids // Optics Express. – 2010. – Vol. 18(9). – Р. 8735-8742.
J. P. Padilla-Martinez, C. Berrospe-Rodriguez, G. Aguilar, J. C. Ramirez-San-Juan and R. Ramos-Garcia. Optic cavitation with CW lasers: A review // Physics of Fluids. – 2014. – Vol. 26 (12). – Р. 122007.
G. Baffou, J. Polleux, H. Rigneault, and S. Monneret Super-heating and micro-bubble generation around plasmonic nanoparticles under cw illumination // The Journal of Physical Chemistry C. – 2014. – Vol. 118(9). – Р. 4890-4898.
O. V. Angelsky, A. Ya. Bekshaev, P. P. Maksimyak, A. P. Maksimyak, S. G. Hanson, and C. Yu. Zenkova Self-action of continuous laser radiation and Pearcey diffraction in a water suspension with light-absorbing particles // Optics Express. – 2014. – Vol. 22(3). – Р. 2267-2277.
C. Mätzler MATLAB Functions for Mie Scattering and Absorption. Version 2. – IAP Research Report. – 2002. – No. 11 (Institut für angewandte Physik, Universität Bern, 2002).
N. V. Tsederberg, Thermal conductivity of gases and liquids. – MIT press, 1965.
M. Abramovitz, I. Stegun Handbook of mathematical functions. – National Bureau of Standards, Applied Mathematics Series, 1964. – 55 р.
С. С. Духин, В. В. Дерягин. Электрофорез. – М.: Наука, 1975. – 332 с.
W. Jia, S. Ren, and B. Hu Effect of Water Chemistry on Zeta Potential of Air Bubbles // Electrochem. Sci. – 2013. – Vol. 8. P. 5828-5837.
M. Chaplin Theory vs Experiment: What is the Surface Charge of Water? // Water. – 2009. – Vol. 1(1). – Р. 1-28.
Y. Y. Geguzin Bubbles. – Moscow, Nauka, 1985. (In Russian).
N. B. Vargaftik, B. N. Volkov, and L. D. Voljak International tables of the surface tension of water // Journal of Physical and Chemical Reference Data. – 1983. – Vol. 12(3). – Р. 817-820.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2016 Фізика аеродисперсних систем
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
