Một kỹ thuật để mô tả đặc điểm của các hạt nano trong hỗn hợp lơ lửng đã được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu ở Áo. Được phát triển bởi Marko Simić và các đồng nghiệp tại Đại học Graz, kỹ thuật mới đưa các hạt nano vào quỹ đạo xoắn ốc với vận tốc phụ thuộc vào kích thước – cho phép nghiên cứu riêng các hạt nano có kích thước khác nhau. Cách tiếp cận mới này có thể dẫn đến những cải tiến trong cách xử lý các hạt nano.
Các hạt nano được sử dụng trong nhiều loại sản phẩm thương mại và quy trình công nghiệp bao gồm mỹ phẩm, giấy, sơn và dược phẩm. Nhiều ứng dụng trong số này liên quan đến việc ngưng tụ các hạt nano bên trong chất lỏng hoặc gel và để đảm bảo hiệu suất tốt nhất có thể của các sản phẩm này, điều quan trọng là phải kiểm soát kích thước của các hạt nano.
Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tán xạ ánh sáng động – một kỹ thuật dựa trên chuyển động Brown ngẫu nhiên của các hạt nano trong chất lỏng. Chuyển động Brown xảy ra khi một hạt nano bị xô đẩy bởi các phân tử xung quanh và do đó chuyển động rõ rệt hơn đối với các hạt nhỏ hơn. Chuyển động Brown được phát hiện bằng cách đo các thăng giáng trong ánh sáng tán xạ bởi các hỗn hợp hạt nano.
chuyển động chậm
Mặc dù kỹ thuật này hoạt động khá tốt đối với các hạt nano nhỏ hơn, nhưng các hạt nano lớn hơn ít bị ảnh hưởng bởi chuyển động Brown, vì vậy kích thước của chúng khó theo dõi hơn nhiều. Ngoài ra, kỹ thuật này không thể mô tả kích thước theo thời gian thực, đây là một yêu cầu ngày càng quan trọng đối với các quy trình sản xuất hiện đại.
Nhóm của Šimić đã thực hiện một phương pháp mới gọi là cảm ứng lực quang lưu (OF2i). Điều này liên quan đến việc bơm hỗn hợp hạt nano qua một kênh vi lỏng, dọc theo cùng hướng với một xoáy quang học hội tụ yếu. Loại thứ hai là một chùm tia laze có mặt sóng xoắn quanh hướng truyền giống như một cái mở nút chai và mang xung lượng góc quỹ đạo.
Các hạt có kích thước khác nhau được gia tốc với các vận tốc khác nhau bằng chùm tia laze, cung cấp một cách để mô tả kích thước hạt trong mẫu. Tuy nhiên, do các hạt có kích thước khác nhau di chuyển với các vận tốc khác nhau nên các va chạm hạt là phổ biến – làm suy giảm sự phân tách vận tốc.
ánh sáng xoắn
Nhóm của Šimić đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng ánh sáng laze xoắn. Điều này truyền động lượng góc cho các hạt nano, đẩy chúng vào quỹ đạo hình xoắn ốc. Các hạt có khối lượng khác nhau đi theo các quỹ đạo khác nhau, giúp ngăn ngừa va chạm.
Nguyên tử và phân tử tạo ra chùm xoáy
Simic và các đồng nghiệp đã phát hiện ánh sáng tán xạ bởi các hạt nano xoắn ốc bằng cách sử dụng kính hiển vi đặt bên dưới kênh – cho phép họ theo dõi quỹ đạo của từng hạt riêng lẻ. Từ hình dạng của những quỹ đạo này, sau đó họ có thể xác định vận tốc của các hạt nano tương ứng. Sử dụng thông tin này, họ có thể xác định kích thước của các hạt trong chất lỏng theo thời gian thực.
Nhóm đã thử nghiệm thiết lập bằng cách sử dụng các hạt nano polystyrene, với đường kính nằm trong khoảng 200–900 nm. Những kích thước này nằm ngoài khả năng tán xạ ánh sáng động. Bằng cách điều chỉnh kỹ thuật của họ hơn nữa, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng OF2i cũng có thể được sử dụng để đo các đặc điểm khác của hạt nano, bao gồm hình dạng và thành phần hóa học của chúng.
Hiện tại, vẫn chưa chắc liệu OF2i có hoạt động với các vật liệu khác ngoài polystyrene hay không và đây sẽ là trọng tâm của các thí nghiệm trong tương lai của các nhà nghiên cứu. Nhưng nếu kỹ thuật của họ duy trì hiệu suất của nó đối với các vật liệu nano khác, thì Šimić và các đồng nghiệp hy vọng nó có thể cung cấp một bàn làm việc linh hoạt để xử lý vật liệu nano, mở đường cho những tiến bộ mới trong một loạt các ứng dụng.
Kỹ thuật được mô tả trong Đánh giá vật lý.
