Они продемонстрировали, что могут обездвижить микропузырьки, образовавшиеся в результате электролиза воды, как если бы подъемной силы Архимеда, которая обычно выталкивала бы его на поверхность, не существовало. Это новое и удивительное явление, описанное на этой неделе в Applied Physics Letters от AIP Publishing, может привести к применению в медицине, ядерной промышленности или технологиях микроманипуляции.
Хотя пузырьки часто наблюдаются в природе, нелегко контролировать их диаметр, положение или время образования. Предыдущая работа французской исследовательской группы изучала, как контролировать пузырьки водорода и кислорода, образующиеся при разложении воды с помощью электричества.
Они показали, что если один из электродов имеет форму острия — с радиусом кривизны на вершине от 1 нанометра до 1 микрометра — и используется переменный электрический ток с определенными значениями амплитуды и частоты, микропузырьки могут образовываться при единственная точка на вершине наноэлектрода.
В текущей работе команда продемонстрировала новый и удивительный феномен: иммобилизация одного микропузырька в воде. После образования пузыря (на вершине наноэлектрода) он фиксируется путем быстрого увеличения частоты электрического тока. Это стабильная ситуация: независимо от того, в каком направлении движется электрод, пузырек остается выше и на одинаковом расстоянии от электрода.
Ученые предполагают, что молекулы водорода или кислорода входят в иммобилизованный пузырь через нижнюю поверхность и выходят из пузырька через верхнюю поверхность. Молекулы газа образуются только в одной точке на вершине наноэлектрода.
Команда CINaM-CNRS работала с исследователями в области акустики, которые используют ультразвук для обнаружения и описания микропузырьков.
Им нужны были хорошо откалиброванные пузырьки, и команда предложила производить такие пузырьки с помощью электролиза воды. Команда включила в свой подход ряд новых идей и методов. «Хотя обычно считается, что электролиз контролируется электрическим потенциалом, мы показываем, что фундаментальной величиной на самом деле является электрическое поле, поэтому мы используем электрод в форме острия с очень малым радиусом кривизны на вершине», — сказал Хуан Оливес, член исследовательской группы.
Использование переменного тока достаточной частоты затем приводит к «наноэлектролизу», который представляет собой нанолокализацию реакций электролиза в одной точке.
Самым большим сюрпризом в выводах было то, что, хотя, когда вы наблюдаете за экспериментом, кажется, что ничего не движется, на самом деле все движется в очевидном устойчивом состоянии, сказала Оливес. Молекулы водорода и кислорода непрерывно образуются на вершине наноэлектрода, они перемещаются в растворе и в пузырьке, входят в пузырь и покидают его, и в растворе и в пузырьке существует скорость конвекции.
Все движется, кроме поверхности пузыря, сказала Оливс.
Контроль микропузырьков имеет решающее значение для многочисленных применений в медицине, в том числе в качестве контрастных агентов для ультразвука, для разрушения тромбов и для газовой эмболотерапии, которая представляет собой преднамеренную блокировку артерии для предотвращения чрезмерной кровопотери.
Контроль микропузырьков также важен в атомной промышленности, где микропузырьки в жидком натриевом теплоносителе могут вызвать проблемы.