I ricercatori dell'LLNL hanno combinato un esclusivo a) microscopio elettronico a trasmissione dinamica con b) una cella liquida per produrre le prime immagini in assoluto c) risolte nel tempo di d) dinamiche di bolle su scala nanometrica. Credito:Lawrence Livermore National Laboratory
La formazione e il collasso di bolle microscopiche è importante in un'ampia gamma di campi sia come potenziale meccanismo alla base del danno tissutale, come nei casi di lesione cerebrale traumatica indotta da onde d'urto, sia come strumento utile per applicazioni tecnologiche, come la meccanica valutazione delle proprietà, manipolazione dei nanomateriali e pulizia delle superfici.
Le nanobolle sono state di particolare interesse in queste aree perché, nonostante la piccola quantità di energia necessaria per la formazione, la loro estrema localizzazione apre il potenziale per impatti fuori misura. Tuttavia, la comprensione della risposta dinamica in tali bolle su piccola scala è stata limitata dalle sfide sperimentali associate al sondaggio fino alla nanoscala.
Ma gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno adottato un approccio unico per caratterizzare la dinamica delle bolle micro e submicroniche utilizzando un esclusivo sistema di microscopia elettronica a trasmissione dinamica in modalità filmato (MM-DTEM), che è stato appositamente costruito per l'immagine con brevi impulsi di elettroni generato da un treno di impulsi laser altamente sintonizzabile.
"Sebbene l'imaging ottico sequenziale (cioè la registrazione di filmati) abbia contribuito in modo significativo alla nostra comprensione della cavitazione e di altri comportamenti complessi delle bolle su una scala più ampia (da 10 micrometri a millimetri), la lunghezza e le risoluzioni temporali necessarie rendono impossibile un approccio così tradizionale per le nanobolle ", ha affermato lo scienziato dei materiali di LLNL Garth Egan, autore principale di un articolo apparso in Nano Letters .
In passato, l'imaging ottico a scatto singolo, con brevi impulsi laser utilizzati per illuminare la bolla a orari prestabiliti rispetto all'inizio della bolla, è stato applicato per ottenere la risoluzione temporale richiesta. Tuttavia, i limiti fondamentali alla risoluzione spaziale della microscopia ottica limitano la praticità di questo approccio quando le bolle raggiungono la scala nanometrica e la natura dell'immagine singola ne limita l'utilità per interazioni complesse e non ripetibili.
Per acquisire le immagini su scala nanometrica, il team LLNL ha scattato un impulso laser da 532 nanometri (circa 12 nanosecondi [ns]) per eccitare nanoparticelle d'oro all'interno di uno strato di acqua di 1,2 micron. Le bolle risultanti sono state osservate con una serie di nove impulsi di elettroni (10 ns) separati da appena 40 ns picco-picco. I ricercatori hanno scoperto che è stato osservato che nanobolle isolate collassano in meno di 50 ns, mentre bolle più grandi (∼2–3 micron) crescono e collassano in meno di 200 ns.
È stato osservato che le bolle isolate si comportano in modo coerente con i modelli derivati dai dati di bolle molto più grandi. È stato osservato che la formazione e il collasso sono temporalmente asimmetrici, il che ha implicazioni sul modo in cui vengono interpretati i risultati di metodi alternativi di analisi sperimentale. Sono state osservate anche interazioni più complesse tra bolle adiacenti, che hanno portato le bolle a vivere più a lungo del previsto e a rimbalzare al collasso. + Esplora ulteriormente
