Lorsque des nanoparticules d'or dans l'eau sont illuminées par un laser, ils deviennent très chauds :bien au-dessus du point d'ébullition de l'eau. La formation de bulles de vapeur causée par cela, est bien connu. De nouvelles expériences, cependant, à l'aide d'une caméra à très haute vitesse, montre maintenant qu'avant cela, une bulle est formée qui est beaucoup plus grande et, ensuite, explose violemment. Pour la conversion d'énergie des particules en liquide dans lequel elles se trouvent, cette découverte de la dynamique des phases précoces est très importante. Des chercheurs de l'Université de Twente et de l'Université d'Utrecht aux Pays-Bas publient désormais ces nouveaux résultats dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).
Les nanoparticules accélèrent localement l'ébullition de l'eau lorsque la lumière laser les éclaire. A la surface des particules, les électrons oscillent collectivement. La vaporisation via ces soi-disant «plasmons» est beaucoup plus forte que dans le cas où vous chaufferiez simplement localement l'eau à l'aide d'un laser. Jusqu'à maintenant, la "jeunesse précoce" de cette formation de bulle n'a pas été prise en compte, tandis que cette première phase de nucléation et de dynamique précoce détermine dans une large mesure les phases suivantes.
Jusqu'à maintenant, le comportement de la bulle a été étudié à des échelles de temps de la milliseconde. Grâce à la caméra très rapide "Brandaris128, " développé par l'Université de Twente, il est maintenant possible de regarder même à l'échelle de la nanoseconde. Peu de temps après le réchauffement de la nanoparticule, il se forme une bulle cent fois plus volumineuse que les dernières bulles. Cette bulle explose, suivi de petites bulles oscillant. À la fin, le mécanisme bien connu prend le relais, de bulles qui se développent par vaporisation de l'eau et par diffusion du gaz dissous dans l'eau.
Intuitivement, vous vous attendriez à ce que la taille de cette bulle géante initiale s'agrandisse avec une puissance laser plus élevée sur la nanoparticule. En réalité, C'est dans l'autre sens. A une puissance laser plus faible, il faut plus de temps pour que la formation de bulles commence, mais c'est explosif. La taille est également déterminée par la quantité de gaz dans l'eau :une « eau pauvre en gaz » donne des bulles plus grosses. Ici, aussi le retard joue un rôle. Des expériences et des calculs montrent que la bulle géante est une bulle de vapeur pure et non une bulle de gaz :le volume maximum est linéairement dépendant de l'énergie.
En contrôlant la dynamique de démarrage précoce et la violence, les applications des nanoparticules peuvent encore être exploitées. Les bulles améliorent la conversion d'énergie, mais la croissance explosive pourrait même endommager les tissus environnants, dans les applications médicales. Des nanoparticules seront utilisées comme catalyseurs, pour accélérer les réactions chimiques. Pour cette application, la croissance explosive nouvellement découverte peut être un avantage.
La recherche a été effectuée au sein du Centre néerlandais pour la conversion d'énergie catalytique à plusieurs échelles, un programme néerlandais "Zwaartekracht" visant à la conversion d'énergie à différentes échelles. Les contributeurs à l'article sont des groupes :Physics of Fluids, Laboratoire sur puce BIOS, Physique des Interfaces et Nanomatériaux (Université de Twente, instituts MESA+ et TechMed) ainsi que l'Inorganic Chemistry and Catalysis (Université d'Utrecht)
Le papier, " Bulles plasmoniques géantes et explosives par nucléation retardée, " par Yuliang Wang, Mikhaïl Zaytsev, Guillaume Lajoinie, Hai Le Le, Jan Eijkel, Albert van den Berg, Michel Versluis, Bert Weckhuysen, Xuehua Zhang, Harold Zandvliet et Detlef Lohse, paraît le 12 juillet dans Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).
