science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Mysterie van de nanobellen opgelost

Monster in het midden verstrooit coherent laserlicht dat de aanwezigheid van bellen van nanogrootte aangeeft. Verstrooiing van het laserlicht duidt op de aanwezigheid van oppervlakken. Bij daglicht, alle monsters zijn transparant, wat aangeeft dat de oppervlakken op nanoschaal zijn. Krediet:Tapio Vehmas

Water met zwevende nanobellen wordt in veel biologische en medische toepassingen gebruikt. Bijvoorbeeld, nanobellen verhogen 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 als een remedie voor ziekten veroorzaakt door anaërobe bacteriën. De waargenomen levensduur van zwevende nanobellen is tot enkele weken. Echter, volgens de klassieke theorie van bellenstabiliteit, een zeepbel van nanoformaat zou binnen microseconden moeten oplossen. Deze controverse tussen experimenten en theorie staat bekend als de nanobellenparadox.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het VTT Technisch Onderzoekscentrum van Finland, Tapio Vehmas en Lasse Makkonen, hebben deze paradox opgelost. Volgens hun thermodynamische analyse, bellen op nanoschaal lossen inderdaad snel op, maar wanneer de bel al bij zijn vorming klein genoeg is, het oplosproces begint niet. Dit komt omdat wanneer een heel klein luchtbelletje 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, is meer dan de overeenkomstige vermindering van de oppervlakte-energie van de bel. Volgens Vehmas en Makkonen, de bellendiameter, waaronder het oplossen niet begint in verzadigd water bij kamertemperatuur, is 180 nanometer.

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

De studie "Metastabiele nanobellen" door Makkonen en Tikanmäki werd gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society ACS Omega .