Wanneer gouden nanodeeltjes in water worden verlicht door een laser, ze worden erg heet:ruim boven het kookpunt van water. De vorming van dampbellen die hierdoor ontstaat, is bekend. nieuwe experimenten, echter, met behulp van een zeer hoge snelheidscamera, laat nu zien dat hiervoor, er ontstaat een bel die veel groter is en, vervolgens, explodeert heftig. Voor energieomzetting van de deeltjes naar de vloeistof waarin ze zich bevinden, deze ontdekking van vroege fase dynamiek is erg belangrijk. Onderzoekers van de Universiteit Twente en de Universiteit van Utrecht publiceren deze nieuwe resultaten nu in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Nanodeeltjes versnellen plaatselijk het koken van water wanneer ze worden verlicht door laserlicht. Aan het oppervlak van de deeltjes, elektronen oscilleren samen. Verdamping via deze zogenaamde 'plasmonen' is veel sterker dan wanneer je het water gewoon plaatselijk zou verwarmen met een laser. Tot nu, er werd geen rekening gehouden met de 'vroege jeugd' van deze bellenformatie, terwijl deze eerste fase van nucleatie en vroege dynamiek de volgende fasen in hoge mate bepaalt.

Tot nu, het belgedrag werd bestudeerd op tijdschalen van milliseconden. Dankzij de zeer snelle camera "Brandaris128, " ontwikkeld door de Universiteit Twente, het is nu mogelijk om zelfs naar de tijdschaal van nanoseconden te kijken. Een tijdje nadat het nanodeeltje is opgewarmd, er ontstaat een bel die honderd keer groter is in volume dan de latere bellen. Deze bubbel explodeert, gevolgd door kleinere bellen die oscilleren. Uiteindelijk, het bekende mechanisme neemt het over, van bellen die groeien door verdamping van water en door diffusie van het gas dat in water is opgelost.

Intuïtief, je zou verwachten dat de grootte van deze eerste gigantische bel groter wordt met een hoger laservermogen op het nanodeeltje. In werkelijkheid, het is andersom. Bij een lager laservermogen, het duurt langer voordat de belvorming begint, maar dit is explosief. De grootte wordt ook bepaald door de hoeveelheid gas in water:'gasarm water' geeft grotere bellen. Hier, ook de vertraging speelt een rol. Experimenten en berekeningen laten zien dat de reuzenbel een pure dampbel is en geen gasbel:het maximale volume is lineair afhankelijk van de energie.

Door de vroegstartdynamiek en het geweld te beheersen, de toepassingen van de nanodeeltjes kunnen verder worden benut. De bubbels verbeteren de energieomzetting, maar de explosieve groei kan zelfs schade aan het omliggende weefsel veroorzaken, bij medische toepassingen. Nanodeeltjes zullen worden gebruikt als katalysatoren, voor het versnellen van chemische reacties. Voor deze toepassing, de nieuw ontdekte explosieve groei kan een voordeel zijn.

Het onderzoek is gedaan binnen het Netherlands Centre for Multiscale Catalytic Energy Conversion, een Nederlands Zwaartekracht-programma gericht op energieconversie op verschillende schaalniveaus. Bijdragen aan de paper komen uit de groepen:Physics of Fluids, BIOS Lab-on-a-Chip, Fysica van interfaces en nanomaterialen (Universiteit Twente, MESA+ en TechMed instituten) en de Anorganische Chemie en Katalyse (Universiteit Utrecht)

De krant, "Reusachtige en explosieve plasmonische bellen door vertraagde kiemvorming, " door Yuliang Wang, Michail Zaitsev, Guillaume Lajoinie, Hoi Le de, Jan Eijkel, Albert van den Berg, Michel Versluis, Bert Weckhuysen, Xuehua Zhang, Harold Zandvliet en Detlef Lohse, verschijnt 12 juli in Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).