Raziskovalci v Avstriji so ustvarili tehniko za karakterizacijo nanodelcev v suspendiranih mešanicah. Razvil: Marko Šimić in sodelavci z Univerze v Gradcu, nova tehnika poganja nanodelce v spiralne trajektorije s hitrostmi, odvisnimi od velikosti – kar omogoča ločeno preučevanje nanodelcev različnih velikosti. Ta novi pristop bi lahko privedel do izboljšav pri obdelavi nanodelcev.
Nanodelci se uporabljajo v številnih komercialnih izdelkih in industrijskih procesih, vključno s kozmetiko, papirjem, barvami in farmacevtskimi izdelki. Mnoge od teh aplikacij vključujejo suspendiranje nanodelcev v tekočini ali gelu in za zagotovitev najboljše možne učinkovitosti teh izdelkov je pomembno nadzorovati velikost nanodelcev.
To je mogoče storiti z uporabo dinamičnega sipanja svetlobe – tehnike, ki temelji na naključnem Brownovem gibanju nanodelcev v tekočini. Brownovo gibanje se pojavi, ko nanodelec sunejo okoliške molekule, zato je gibanje bolj izrazito pri manjših delcih. Brownovo gibanje razkrivamo z merjenjem nihanj svetlobe, ki jo razpršijo mešanice nanodelcev.
Počasni posnetki
Čeprav ta tehnika deluje razmeroma dobro za manjše nanodelce, Brownovo gibanje manj vpliva na večje nanodelce, zato je njihovo velikost veliko težje spremljati. Poleg tega tehnika ne more karakterizirati velikosti v realnem času, kar je vedno pomembnejša zahteva za sodobne proizvodne procese.
Šimićeva ekipa je sprejela nov pristop, ki ga imenuje optofluidna indukcija sile (OF2i). To vključuje črpanje mešanice nanodelcev skozi mikrofluidni kanal v isti smeri kot šibko fokusiran optični vrtinec. Slednji je laserski žarek z valovno fronto, ki se vrti okoli smeri širjenja kot zamašek in nosi orbitalni kotni moment.
Laserski žarek pospeši delce različnih velikosti do različnih hitrosti, kar zagotavlja način za karakterizacijo velikosti delcev v vzorcu. Ker pa se različno veliki delci gibljejo z različnimi hitrostmi, so trki delcev pogosti – kar poslabša ločevanje hitrosti.
Zvita svetloba
Šimićeva ekipa je to težavo rešila z uporabo zasukane laserske svetlobe. To prenese kotni moment na nanodelce in jih požene v trajektorije spiralne oblike. Delci z različnimi masami sledijo različnim trajektorijam, kar preprečuje trke.
Atomi in molekule tvorijo vrtinčne žarke
Šimić in sodelavci so zaznali svetlobo, ki so jo razpršili spiralni nanodelci, z uporabo mikroskopa, nameščenega pod kanalom – kar jim je omogočilo sledenje trajektorijam posameznih delcev. Iz oblik teh trajektorij so lahko nato določili hitrosti ustreznih nanodelcev. Z uporabo teh informacij bi lahko določili velikosti delcev v tekočini v realnem času.
Ekipa je preizkusila postavitev z uporabo nanodelcev polistirena s premeri med 200–900 nm. Te velikosti presegajo zmožnosti dinamičnega sipanja svetlobe. Z nadaljnjim prilagajanjem njihove tehnike skupina upa, da bi lahko OF2i uporabili tudi za merjenje drugih značilnosti nanodelcev, vključno z njihovimi oblikami in kemičnimi sestavami.
Za zdaj je še vedno negotovo, ali bo OF2i deloval tudi za materiale, ki niso polistiren, in to bo v središču prihodnjih poskusov raziskovalcev. Toda če njihova tehnika ohrani svojo zmogljivost za druge nanomateriale, Šimić in njegovi sodelavci upajo, da bi lahko zagotovili prilagodljivo delovno mizo za obdelavo nanomaterialov, ki utira pot novim napredkom v širokem naboru aplikacij.
Tehnika je opisana v Uporabljen fizični pregled.
