A fizikusok nyomon követik egy lebegtetett nanorészecske tömegét és hőmérsékletét – Physics World

Kínai fizikusok kifejlesztettek egy technikát egyetlen nanorészecske tömegének és hőmérsékletének egyidejű mérésére. Az a technika, amely magában foglalja a nanorészecskék lebegtetését egy optikai csapdában, szinuszos elektrosztatikus erőt fejt ki rá, és elemzi a későbbi pályáját, segít majd a tudósoknak meghatározni, hogyan változnak a nanorészecskék tulajdonságai a hőmérséklet változásaira reagálva.

A nanorészecskék számos termékben megtalálhatók, beleértve a kozmetikumokat, festékeket, élelmiszereket és gyógyszereket. Ahhoz, hogy ezekben a változatos alkalmazásokban optimalizáljuk a teljesítményüket, elengedhetetlen tulajdonságaik jellemzése és ellenőrzése, de ennek jelenlegi módszerei jelentős korlátokkal rendelkeznek.

Egy nanorészecske tömegét például általában sűrűségi adatok és részecskeméret-elemzések alapján becsülik meg. Az ezzel a megközelítéssel kapott értékek azonban nem túl pontosak, és a módszer nem ad információt az egyes nanorészecskék tulajdonságairól, illetve a köztük lévő különbségekről.

Az elmúlt években a kutatók számos technikát fejlesztettek ki, amelyek célja ezen becslések javítása. Ezen technikák közül az optikai levitáción alapuló rendszerek a legígéretesebbek közé tartoznak. Egy tipikus levitációs elrendezésben egy kalibrált optikai mezőt használnak referenciaként a részecske tömegére a femtogramig (10^-18 kg) tartományban. Azonban még ez a továbbfejlesztett technika sem ad információt arról, hogy a nanorészecskék tömege hogyan változik a hőmérséklet függvényében – ez egy fontos paraméter, mivel a legtöbb anyag tömege a hőmérséklet növekedésével változik.

Referencia skála

Fizikusok a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem most megmutatták, hogy egy 165 nm átmérőjű szilícium-dioxid-részecskék tömegének, tömegközéppont-hőmérsékletének és egyéb tulajdonságainak változásait követni tudják egy ismert váltakozó áramú hajtóerő segítségével referenciaskálaként. Technikájuk azon a tényen alapul, hogy a részecske töltése és elektromos mezője abban a helyzetben van kalibrálva, ahol a részecske egy optikai potenciálcsapdában lebeg. Ez a megközelítés lehetővé teszi a részecskékre ható elektromos erő pontos nagyságának meghatározását.

„A részecske tömegét a részecske pályájának elemzésével kapjuk meg, amikor az ismert elektromos térerő hatásának van kitéve” – magyarázza a csapat tagja. Yu Zheng. „A részecske hőmérsékletét az így számított tömeg és egy hőmozgási skála segítségével határozzuk meg. Ezt a skálát az ekvipartíciós tétel szabályozza, amely a klasszikus statisztikai mechanikában a rendszer hőmérsékletét a teljes energiájához viszonyítja.

Ezzel a technikával a kutatók képesek voltak megfigyelni a nanorészecske tömegének hirtelen csökkenését, amikor a légnyomás egy bizonyos pont alá esik. Ez a jelenség nem magyarázható a nanorészecskék felületéről deszorpáló vízmolekulák egyszerű hatásával, így hagyományos deszorpcióelemző eszközökkel, például termikus deszorpciós spektrometriával sem figyelhető meg.

A fény által lebegtetett nanorészecskék nem kölcsönös kölcsönhatásokat mutatnak

A kutatók most azt tervezik, hogy egy fűtőlézerrel egészítik ki berendezésüket, hogy pontosabban szabályozhassák a lebegtetett nanorészecskék melegítését. "Ez lehetővé teszi számunkra az egyes részecskék termogravimetriás elemzését" - mondja Zheng Fizika Világa. "Tanulmányunk előzetes megállapításai valóban azt mutatták, hogy az egyes nanorészecskék tömegének hőmérsékleti változásai olyan árnyalt információkat tárnak fel, amelyeket a hagyományos termogravimetriás elemzések nem képesek rögzíteni."

Jelen tanulmány részletesen a Kínai fizika B.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/physicists-track-the-mass-and-temperature-of-a-levitated-nanoparticle/