La formation et l'effondrement de bulles microscopiques sont importants dans un large éventail de domaines, à la fois en tant que mécanisme potentiel derrière les lésions tissulaires, comme dans les cas de lésions cérébrales traumatiques induites par les ondes de souffle, et en tant qu'outil utile pour les applications technologiques, telles que la mécanique évaluation des propriétés, manipulation des nanomatériaux et nettoyage des surfaces.

Les nanobulles ont suscité un intérêt particulier dans ces domaines car malgré la faible quantité d'énergie nécessaire à leur formation, leur extrême localisation ouvre la possibilité d'impacts démesurés. Cependant, la compréhension de la réponse dynamique dans ces bulles à petite échelle a été limitée par les défis expérimentaux associés à l'exploration jusqu'à l'échelle nanométrique.

Mais les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont adopté une approche unique pour caractériser la dynamique des bulles micro et submicroniques à l'aide d'un système unique de microscopie électronique à transmission dynamique en mode film (MM-DTEM), spécialement conçu pour imager avec de courtes impulsions électroniques. généré par un train d'impulsions laser hautement réglable.

"Alors que l'imagerie optique séquentielle (c'est-à-dire l'enregistrement de films) a contribué de manière significative à notre compréhension de la cavitation et d'autres comportements complexes des bulles à une échelle plus grande (10s de micromètre à millimètre), la longueur nécessaire et les résolutions temporelles rendent une telle approche traditionnelle irréalisable pour les nanobulles ", a déclaré le scientifique des matériaux du LLNL Garth Egan, auteur principal d'un article paru dans Nano Letters .

Dans le passé, l'imagerie optique à un seul coup, avec de courtes impulsions laser utilisées pour illuminer la bulle à des moments définis par rapport à l'initiation de la bulle, a été appliquée pour obtenir la résolution temporelle requise. Cependant, les limites fondamentales de la résolution spatiale de la microscopie optique restreignent l'aspect pratique de cette approche lorsque les bulles atteignent l'échelle nanométrique et la nature de l'image unique limite son utilité pour les interactions complexes et non répétables.

Pour prendre les images à l'échelle nanométrique, l'équipe du LLNL a tiré une impulsion laser de 532 nanomètres (environ 12 nanosecondes [ns]) pour exciter des nanoparticules d'or à l'intérieur d'une couche d'eau de 1,2 micron. Les bulles résultantes ont été observées avec une série de neuf impulsions électroniques (10 ns) séparées par aussi peu que 40 ns crête à crête. Les chercheurs ont découvert que des nanobulles isolées s'effondraient en moins de 50 ns, tandis que des bulles plus grosses (∼2 à 3 microns) grossissaient et s'effondraient en moins de 200 ns.

On a observé que des bulles isolées se comportaient de manière cohérente avec des modèles dérivés de données provenant de bulles beaucoup plus grandes. La formation et l'effondrement ont été observés comme étant temporellement asymétriques, ce qui a des implications sur la façon dont les résultats des méthodes alternatives d'analyse expérimentale sont interprétés. Des interactions plus complexes entre les bulles adjacentes ont également été observées, ce qui a conduit les bulles à vivre plus longtemps que prévu et à rebondir lors de l'effondrement. + Explorer plus loin

Imagerie flash aux rayons X de bulles et d'ondes de choc induites par laser dans l'eau