Universiteit Twente

Mysterie van kleine belletjes wordt steeds groter

Superstabiel en supermysterieus

Nanobelletjes - extreem kleine luchtbelletjes die zich aan oppervlakten bevinden - zijn vreemd genoeg niet alleen stabiel, ze zijn zelfs `superstabiel'. Dat is de conclusie die MESA+-onderzoekers uit de groepen van prof. Detlef Lohse en prof. Julius Vancso deze week trekken in hun publicatie in het blad Physical Review Letters. De experimenten tonen vooral aan dat het mysterie van deze luchtbelletjes nog groter is dan gedacht. In een parallelle publicatie hebben onderzoekers uit de groepen van prof. Detlef Lohse en prof. Harold Zandvliet het gedrag van nanobelletjes verder gekarakteriseerd. Deze publicatie verschijnt in het blad Langmuir, ook deze week.

Een materiaal dat in water is ondergedompeld, kan aan het oppervlak nanobelletjes hebben. Omdat deze luchtbellen afmetingen hebben die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht, gebruiken de onderzoekers een Atomic Force Microscope (AFM) om ze te detecteren. Registreert het naaldje van de AFM een relatief zacht en bolvormig object op het verder gladde en harde oppervlak, dan is dit zo'n nanobelletje.

Vanwege de kleine afmetingen van de nanobelletjes (typische doorsnee 100 nanometer) mag verwacht worden dat de oppervlaktespanning het gas binnen een paar seconden uit de bel moet kunnen drukken. Wat blijkt echter? De bellen zijn urenlang stabiel aanwezig. Zijn ze dan wellicht `op te blazen' door de druk in het water extreem laag te maken, wilden de onderzoekers weten. Dat kan via een schokgolf en een proces dat cavitatie heet: de belletjes exploderen tot grotere -zichtbare - bellen. Maar ook daarin werd promovendus Bram Borkent uit de groep Physics of Fluids van prof. Detlef Lohse verrast: "Hier moet iets interessants aan de hand zijn, iets wat we nog niet begrijpen." Na het cavitatie-experiment hebben de onderzoekers het oppervlak opnieuw afgetast met een Atomic Force Microscope en opnieuw `zat het vol met nanobellen'. "Ze hebben de schokgolf overleefd zonder te caviteren. Superstabiel, kun je wel zeggen."

In de Langmuir publicatie laat promovendus Shangjiong Yang zien hoe gevoelig de nanobelletjes van de temperatuur, de gas-concentratie en de manier van oppervlakte behandeling afhangen. "Het oppervlak lijkt zelfs geheugen te hebben, omdat de dichtheid van de nanobelletjes afhangt van het type alcohol waarmee je voor het experiment het oppervlak schoonmaakt", zegt Yang.

In steeds verder voortschrijdende miniaturisering, met bijvoorbeeld micro- en nanofluidics -manipulatie van vloeistoffen in kanalen met micro-of nanometer afmetingen- kunnen nanobelletjes een belangrijke praktische rol spelen, bijvoorbeeld om de wrijvingsweerstand in nanokanaaltjes te manipuleren.

Een 3d-visualisatie van nanobelletjes, aanwezig op een silicium oppervlak (1x1µm2) met hydrophobe coating, ondergedompeld in water. De maximale hoogte van de belletjes is 20 nanometer.

Noot voor de pers

Het artikel `Superstability of surface nanobubbles' van Bram Borkent, Stephan Dammer, Holger Schönherr, Julius Vancso, en Detlef Lohse verschijnt op in Physical Review Letters. Een pdf-bestand kan op verzoek worden toegestuurd.

Het artikel `Characterization of nanobubbles on hydrophobic surfaces in water' van Shangjiong Yang, Stephan Dammer, Nicolas Bremond, Harold Zandvliet, Stefan Kooij, en Detlef Lohse verschijnt in Langmuir. Een pdf-bestand kan op verzoek worden toegestuurd.

Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, (053) 4894244

Top
Laatst gewijzigd op 16-05-2007 12:27:50 door Webmaster