Fisikawan melacak massa dan suhu partikel nano yang melayang – Dunia Fisika

Fisikawan melacak massa dan suhu partikel nano yang melayang – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 31 Juli 2023 6:00

Foto partikel nano silika yang melayang dalam sistem vakum. Partikelnano terlihat seperti titik hijau kecil di antara dua benda logam mengkilap yang jauh lebih besar
Di dalam instrumen eksperimen: Sebuah partikel nano silika yang melayang dalam ruang hampa diterangi oleh sinar laser hijau. Kesopanan: Y Zheng

Fisikawan di China telah mengembangkan teknik untuk mengukur massa dan suhu secara bersamaan dari satu partikel nano. Teknik, yang melibatkan melayangnya partikel nano dalam perangkap optik, menerapkan gaya elektrostatik sinusoidal padanya dan menganalisis lintasan selanjutnya, akan membantu para ilmuwan menentukan bagaimana sifat partikel nano berubah sebagai respons terhadap perubahan suhu.

Partikel nano ditemukan dalam berbagai produk, termasuk kosmetik, cat, produk makanan, dan obat-obatan. Untuk mengoptimalkan kinerjanya dalam beragam aplikasi ini, penting untuk mengkarakterisasi dan mengontrol propertinya, tetapi metode saat ini untuk melakukan hal ini memiliki keterbatasan yang signifikan.

Massa nanopartikel, misalnya, biasanya diperkirakan berdasarkan data kerapatan dan analisis ukuran partikel. Namun, nilai yang diperoleh dengan menggunakan pendekatan ini tidak terlalu akurat, dan metode tersebut tidak memberikan informasi tentang sifat partikel nano individu atau perbedaan di antara keduanya.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mengembangkan beberapa teknik yang bertujuan memperbaiki estimasi ini. Dari teknik-teknik ini, skema yang mengandalkan levitasi optik adalah yang paling menjanjikan. Dalam pengaturan levitasi tipikal, bidang optik yang dikalibrasi digunakan sebagai referensi untuk menyimpulkan massa partikel hingga ke femtogram (10-18 kg) kisaran. Bahkan teknik yang ditingkatkan ini, bagaimanapun, tidak memberikan informasi apa pun tentang bagaimana massa partikel nano bervariasi dengan suhu – parameter penting karena massa sebagian besar bahan berubah ketika suhunya meningkat.

Skala referensi

Fisikawan di Universitas Sains dan Teknologi Cina sekarang telah menunjukkan bahwa mereka dapat melacak variasi massa, suhu pusat massa dan sifat lain dari partikel silika berdiameter 165 nm dengan menggunakan gaya penggerak AC yang dikenal sebagai skala referensi. Teknik mereka bergantung pada fakta bahwa muatan partikel dan medan listrik dikalibrasi pada posisi di mana partikel diangkat dalam perangkap potensial optik. Pendekatan ini memungkinkan besaran yang tepat dari gaya listrik yang bekerja pada partikel dapat ditentukan.

Massa partikel kemudian diperoleh dengan menganalisis lintasan partikel ketika mengalami gaya medan listrik yang diketahui, jelas anggota tim. Yu Zheng. “Suhu partikel ditentukan dengan menggunakan massa yang dihitung demikian dan skala gerak termal. Skala ini diatur oleh teorema ekuipartisi, yang dalam mekanika statistik klasik menghubungkan suhu suatu sistem dengan energi keseluruhannya.”

Dengan menggunakan teknik ini, para peneliti dapat mengamati hilangnya massa partikel nano secara tiba-tiba ketika tekanan udara turun di bawah titik tertentu. Fenomena ini tidak dapat dijelaskan dengan efek sederhana dari desorbsi molekul air dari permukaan nanopartikel dan dengan demikian tidak dapat diamati dengan alat analisis desorpsi konvensional, seperti spektrometri desorpsi termal.

Para peneliti sekarang berencana untuk menambahkan laser pemanas ke perangkat mereka sehingga mereka dapat mengontrol pemanasan partikel nano yang melayang dengan lebih tepat. “Ini akan memungkinkan kami untuk menganalisis partikel individu secara termogravimetri,” kata Zheng Dunia Fisika. “Memang, temuan awal dari penelitian kami telah menunjukkan bahwa variasi massa partikel nano individu dengan suhu mengungkapkan informasi bernuansa yang gagal ditangkap oleh analisis termogravimetri konvensional.”

Studi ini dirinci dalam Fisika Cina B.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika