Nanobellen zijn recentelijk populair geworden vanwege hun unieke eigenschappen en uitgebreide toepassingen. Hun grote oppervlak en hoge stabiliteit in verzadigde vloeistoffen maken nanobellen ideale kandidaten voor voedingswetenschap, vooruitgang in de geneeskunde en het milieu. Nanobellen hebben ook een lange levensduur van uren of dagen, en grotere toepasbaarheid dan traditionele macrobellen, die meestal maar enkele seconden duren.

De stabiliteit van nanobellen is goed begrepen, maar de mechanismen die hun uiteindelijke destabilisatie veroorzaken, staan ​​nog steeds ter discussie. Met behulp van moleculaire dynamische simulaties (MDS), onderzoekers van de Beijing University of Chemical Technology onderzochten het effect van oppervlakteactieve stoffen - componenten die de oppervlaktespanning verlagen - op de stabilisatie van nanobellen. Ze rapporteren deze week hun bevindingen over de verrassende mechanismen van destabilisatie voor zowel oplosbare als onoplosbare oppervlakteactieve stoffen Technische Natuurkunde Brieven .

Onderzoekers onderzochten de verschillen tussen oplosbare en onoplosbare oppervlakteactieve stoffen en hun variërende invloed op de stabiliteit van nanobellen met behulp van MDS-software. Ze creëerden een gecontroleerd modelsysteem waarbij de enige variabelen die konden worden gemanipuleerd het aantal oppervlakteactieve stoffen en de interactie tussen de oppervlakteactieve stof en het substraat waren, de basis van het model waar de bel wordt gevormd, om de directe invloed van oppervlakteactieve stoffen op de stabiliteit van nanobellen te meten.

Analyse van zowel oplosbare als onoplosbare oppervlakteactieve stoffen, de groep concentreerde zich op twee mogelijke mechanismen van destabilisatie:de depinning van de contactlijn, waar de flexibiliteit van de oppervlakteactieve stof de krachten vermindert die verantwoordelijk zijn voor het stabiliseren van de belvorm, waardoor het scheurt door gebrek aan innerlijke oppervlaktekracht; en oppervlaktespanningsvermindering, waardoor een faseovergang van vloeistof naar damp ontstaat.

De gevonden oplosbare oppervlakteactieve stoffen zorgden voor het ontstaan ​​van nanobellen wanneer een grote hoeveelheid, ongeveer 80 procent, van de oppervlakteactieve stof werd geadsorbeerd door het substraat, waardoor uiteindelijk de nanobellen barsten.

"Echter, wanneer kleine concentraties oplosbare oppervlakteactieve stof werden geïntroduceerd, bleef deze opgelost, en adsorptie op het substraat was onbeduidend, het genereren van een verwaarloosbaar effect op de stabiliteit van nanobellen, " zei Xianren Zhang van de Beijing University of Chemical Technology.

Simulaties met onoplosbare oppervlakteactieve stoffen lieten vergelijkbare resultaten zien als oplosbare oppervlakteactieve stoffen bij sterke interactie met substraten, maar er werd een nieuw mechanisme ontdekt dat een overgangsmodel van vloeistof naar damp demonstreert van het scheuren van bellen.

De overgang is vergelijkbaar met hoe we ons traditioneel de bubbels voorstellen, optreden wanneer een oppervlakteactieve stof de oppervlaktespanning aan de buitenkant van de nanobel aanzienlijk vermindert. Nanobellen destabiliseren op deze manier wanneer een grote hoeveelheid oppervlakteactieve stof aanwezig is, maar er vindt weinig - ongeveer 40 procent - interactie tussen oppervlakteactieve stof en substraat plaats.

Deze bevindingen zijn van cruciaal belang voor het begrijpen van de stabiliteit van nanobellen en hebben implicaties voor de interactie van nanobellen met andere moleculen, inclusief eiwitten en verontreinigingen. Toepassingen van nanobellen kunnen een revolutie teweegbrengen in aspecten van de moderne geneeskunde, zoals ultrasone technieken, functies in de voedingswetenschap uitbreiden, en de afvalwaterzuivering te verbeteren. Maar het beter karakteriseren van basiseigenschappen zoals instabiliteit is essentieel om hun potentieel in deze toepassingen volledig te benutten.