Ученым из NIST и Cornell University удалось заснять микропузырьки, образующиеся на гидрофильной поверхности при кипении. Для этого они использовали сверхбыструю съемку с эффективной скоростью затвора 8 нс. Нагрев смеси воды с этанолом производился при помощи элемента, имеющего размеры 15 мкм. Свои наблюдения исследователи опубликовали в работе "Bubble Nucleation and Growth Anomaly for a Hydrophilic Microheater Attributed to Metastable Nanobubbles".
Обычное вроде бы явление – кипение, однако процессы, происходящие на наноуровне, оказывается, не вполне очевидны. Кипение происходит тогда, когда в жидкостях образуются пузырьки пара. Обычно они формируются на так называемых центрах нуклеации – микроскопических шероховатостях поверхности сосуда или взвешенных в объеме жидкости частицах. Начало кипения определяется природой этих центров нуклеации.
Короткий импульс в 5 микросекунд способен нагреть жидкость до 300 градусов Цельсия. Это приводит к образованию микропузырька пара. Потом жидкость остывает, и пузырек схлопывается. Было обнаружено, что при повторном импульсе, следующем сразу после первого, пузырек образуется раньше и при более низких температурах. Исследователи объясняют это тем, что при схлопывании первого микропузырька образуются нанопузырьки, выступающие в роли центров нуклеации для последующего кипения. Нанопузырьки слишком малы, чтобы наблюдать их непосредственно, однако, изменяя интервал между двумя импульсами, учеными было установлено их время жизни – около 1 миллисекунды.
Ранее образование нанопузырьков наблюдалось на гидрофобных поверхностях, теперь же доказано, что они могут формироваться и на гидрофильных. А самое главное, разработан эффективный метод определения времени жизни таких пузырьков, что должно облегчить моделирование распространения тепла в наноструктурах. Результаты работы могут уже в скором времени найти приложение в области струйной печати, а также повлиять на развитие термических методов лечения раковых опухолей, в которых наночастицы, накапливаемые в них, подвергаются воздействию ИК-излучения или переменного магнитного поля и разогреваются. Каждая частица может выступать в роли нагревателя, генерирующего нанопузырьки.
С видеоклипами о короткой и непростой жизни микропузырьков можно ознакомиться на сайте NIST.



