فیزیکدانان جرم و دمای یک نانوذره معلق را دنبال می‌کنند - Physics World

فیزیکدانان در چین تکنیکی را برای اندازه گیری همزمان جرم و دمای یک نانوذره توسعه داده اند. این تکنیک که شامل معلق کردن نانوذرات در یک تله نوری، اعمال نیروی الکترواستاتیک سینوسی به آن و تجزیه و تحلیل مسیر بعدی آن است، به دانشمندان کمک می کند تا تعیین کنند که چگونه خواص نانوذرات در پاسخ به تغییرات دما تغییر می کند.

نانوذرات در طیف وسیعی از محصولات از جمله لوازم آرایشی، رنگ‌ها، محصولات غذایی و دارویی یافت می‌شوند. برای بهینه‌سازی عملکرد آن‌ها در این کاربردهای متنوع، مشخص کردن و کنترل ویژگی‌های آن‌ها ضروری است، اما روش‌های فعلی انجام این کار محدودیت‌های قابل توجهی دارد.

به عنوان مثال، جرم یک نانوذره معمولاً بر اساس داده های چگالی و تجزیه و تحلیل اندازه ذرات تخمین زده می شود. با این حال، مقادیر به‌دست‌آمده با استفاده از این رویکرد چندان دقیق نیستند و این روش اطلاعاتی در مورد خواص نانوذرات جداگانه یا تفاوت‌های بین آنها ارائه نمی‌کند.

در سال‌های اخیر، محققان تکنیک‌های متعددی را توسعه داده‌اند که هدفشان بهبود این تخمین‌ها است. از میان این تکنیک‌ها، طرح‌هایی که بر شناور نوری متکی هستند، امیدوارکننده‌ترین آنها هستند. در یک مجموعه شناور معمولی، یک میدان نوری کالیبره شده به عنوان مرجع برای استنتاج جرم یک ذره تا فمتوگرام استفاده می شود (10^-18 کیلوگرم) محدوده با این حال، حتی این تکنیک بهبودیافته نیز هیچ اطلاعاتی در مورد چگونگی تغییر جرم نانوذرات با دما ارائه نمی‌کند - یک پارامتر مهم زیرا جرم اکثر مواد با افزایش دمای آنها تغییر می‌کند.

یک مقیاس مرجع

فیزیکدانان در دانشگاه علم و فناوری چین اکنون نشان داده‌اند که می‌توانند تغییرات جرم، دمای مرکز جرم و سایر ویژگی‌های یک ذره سیلیسی با قطر ۱۶۵ نانومتر را با استفاده از نیروی محرکه AC شناخته شده به عنوان مقیاس مرجع ردیابی کنند. تکنیک آنها بر این واقعیت متکی است که بار ذره و میدان الکتریکی در موقعیتی که در آن ذره در یک تله پتانسیل نوری معلق می‌شود، کالیبره می‌شوند. این رویکرد اجازه می دهد تا اندازه دقیق نیروی الکتریکی وارد بر ذره تعیین شود.

عضو تیم توضیح می‌دهد: «جرم ذره پس از آن با تجزیه و تحلیل مسیر ذره هنگامی که تحت نیروی میدان الکتریکی شناخته شده قرار می‌گیرد، به دست می‌آید. یو ژنگ. دمای ذره با استفاده از جرم محاسبه شده و مقیاس حرکت حرارتی تعیین می شود. این مقیاس توسط قضیه همزاد تقسیم می شود که در مکانیک آماری کلاسیک دمای یک سیستم را با انرژی کلی آن مرتبط می کند.

با استفاده از این تکنیک، محققان توانستند کاهش ناگهانی جرم نانوذره را هنگامی که فشار هوا به زیر یک نقطه خاص می‌رسد، مشاهده کنند. این پدیده را نمی توان با اثر ساده جذب مولکول های آب از سطوح نانوذرات توضیح داد و بنابراین نمی توان آن را با ابزارهای تجزیه و تحلیل دفع مرسوم، مانند طیف سنجی دفع حرارتی مشاهده کرد.

نانوذرات معلق شده توسط نور، برهمکنش های غیر متقابلی را نشان می دهند

اکنون محققان قصد دارند یک لیزر گرمایشی را به مجموعه خود اضافه کنند تا بتوانند گرمایش نانوذرات معلق را با دقت بیشتری کنترل کنند. ژنگ می‌گوید: «این ما را قادر می‌سازد تا ذرات جداگانه را تجزیه و تحلیل کنیم دنیای فیزیک. در واقع، یافته‌های اولیه از مطالعه ما قبلاً نشان داده‌اند که تغییرات جرم یک نانوذره منفرد با دما، اطلاعات ظریفی را نشان می‌دهد که آنالیزهای گرما وزنی معمولی قادر به دریافت آن نیستند.

مطالعه حاضر به تفصیل در فیزیک چینی ب.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/physicists-track-the-mass-and-temperature-of-a-levitated-nanoparticle/