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赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满

原标题:赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满

导读:

这个过程被称为激光烧蚀,包括用激光束照射金属,选择性地去除材料层,从而改变目标的表面结构或形态,并生成纳米颗粒。...

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尽赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满管之前的研讨标明顾小艾,金属纳米颗粒具有对各种生物医学运用有用的特性,但关于这些细小资料是怎么构成的,包含发作尺islider寸改动的过只需你姜宁程,仍有许多疑团。为了破解他如玉生烟这个疑团,一组科学家采李润庭用了核算侦办战略。

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由弗吉尼亚大学(UVA)的Leonid Zhigilei领导的研讨小组使瞿博雯用橡树岭领导核算中心(OLCF)的27-petaflop泰坦超级核算机在原子尺度上模仿短激光脉冲和金属方针之间的相互效果。这个进程被称为激光烧蚀,包含用激光束照耀金性按摩属,挑选性地去除资料层,然后改动方针的外表结构或形状,并生成纳米颗粒。

博科园:作为对激光烧蚀和纳米颗粒生成之间联系的更广泛研讨部分,Zhigilei团队经过立异的核算影欲海医心第二季响理论和试验(INCITE)方案花费了数小时来研讨构成两个不同纳米颗粒集体的机制。这个项目彻底专心于这些进程怎么在液体环境中赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满体现,建立在之前的研讨基础上,在真空中研讨它们,《华尔街日报》的封底曾刊登了OLCF核算机科学家本杰明赫尔南德斯(Benjamin Hernandez)运用自己开发的可视化东西SIGHT制同城情人作的激光融化图画。OLCF是美国能源部科学用户设备办公室我和校花,坐落能源部橡树岭国家试验室(ORNL)。

跟从虚拟头绪

为了区别小颗粒(小于10纳米)和大颗粒(大于或小于10纳米)的纳米粒子来历,研讨小组对泰坦进行了一系列分子动力学模仿,模仿了激光烧蚀效果下水中的银和金方针。这些金属是安稳、慵懒,不会与周围环境发作活跃的反响,此外,银还有抗菌的bareback效果。模仿成果标明,金属蒸气与水蒸气相互效果后敏捷冷却,缩合构成小纳米粒子的或许性更大,而流体力学不安稳性(一种流体经过另一种不同密度流体的不安稳活动)导致金属崩溃时,大纳米粒子或许呈现。在烧蚀进程中,激光脉冲会使金属靶外表过热,导致该区域爆破分解为蒸汽和小液滴的混合物。

  • 激光烧蚀可视化描绘了纳米颗粒的生成。图片:Benjamin Hernandez, ORNL

然后,这种热混合物从被辐射的方针中喷发出来,构成所谓的烧蚀羽。这种现象被称为相位爆破或“爆破欢腾”,没胸罩在真空激光烧蚀中得到了广泛的研讨。但是,当烧蚀发作在液体环境中时,烧蚀羽与周围水的相互效果使烧蚀羽的速度减慢,然后使烧蚀进程复杂化,然后构成一层热金属层推水。这种动态的相互效果可以在熔融金属层中引发一系列快速的流体力学不安稳性,导致金属层部分或悉数崩溃并发作大型纳米颗粒。一个众所周知的别致物品说明晰这种行为。当你第一次翻开熔岩灯时,重的液领会压在轻的液体上,然后在重力加速度的效果下开端活动,构成一些风趣的活动形式和粒子构成。

相似的状况也发作在激光烧钢手蚀中——热金属的厚层被水快速减速,这在金属-水界面发作流体力学不安稳性,然后发作大型纳米颗粒巫向前。研讨小组调查了单个原子的运动,然后推断出有关纳米颗粒生成的两条途径的有用信息。Zhigilei说:咱们有必要快速地从小于1纳米的原子转向数百纳米,马屁精孤立你这需要在模仿中处理数亿个原子的方赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满程。而这种作业只或许在像泰坦这样的大型超级核算机上进行。导致纳米颗粒生成的两个进程都发作在一个称为空化泡的瞬态“反响室”内,这是热烧蚀羽流与液体环境相互效果的成果。

经过研讨气泡从开端到完毕的生命周期,科学家可以确认哪些类型的纳米颗粒在特定阶段呈现。用激光脉冲照耀水中的金属方针会发作一个热环境,导致一个相似于传统欢腾发作的大气泡构成、胀大和决裂。任何纳米颗粒的生成进程,要么发作在气泡内部,要么发作在烧蚀羽状物与气泡外表之间的界面上。在纳米集成杜伊斯堡-埃森中心(CENIDE)进行的弥补成像试验证明了该团队的核算成果,提醒了在首要空化泡周围构成含有纳米颗粒更小的微泡存在。CENIDE研讨人员还制作了视频,演示了金纳米颗粒的出产进程,并展现了浸在液体融化室中的金靶。

改善的蓝图

传统上,科学家依托组成技能经过一系列化学反响来高效地出产纳米颗粒。尽管这一进程可以准确操控纳米颗粒的巨细,但化学污染或许会阻挠生成的资料正常作业。激光烧蚀经过发作优秀赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满、清洁的纳米粒子舒千惠,一起奇妙地将金属塑成更适宜的形状,然后避免了这个圈套。激光融化发明了一个彻底清洁的纳米颗粒练素梅胶体溶液,不运用任何其他化学物质,这些原始资料是抱负的生物医学运用,核算成果或许有助于扩展这赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满一进程,进步出产率,然后使烧蚀终究可以在纳米颗粒的数量上与化学组成竞赛。找到尺度差异的来历,为未来研讨人员优化激光融化技能、操控清洁纳米颗粒的尺度铺平了路途。

  • 在激光烧蚀进程中,熔融银(绿色)和单个银原子(赤色)在金属-水界面邻近的演化进程。图片:Benjamin Hernandez, ORNL

使它们更廉价,更简单用于潜在的生物医学意图,比方挑选性杀死癌细胞。这一成果也证明晰激光技能的优点,一起采纳过程揭赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满示影响激光脉冲与金属相互效果成果的基赛尔号,激光提醒了纳米颗粒构成的两个来历!,满本要素。这一常识将使该小组的纳米颗男男男粒研讨获得重大发展,并在激光融化和相关技能方面获得发展,然后可以更准确地解说现有数据。这篇纳米级论文的首要作者施正宇(刘强东性寝Cheng-Yu Shih)结业于弗吉尼亚大学(UVA),现在正致力于将建模与试验研讨结合起来,进一步探究不同金属怎么发作纳米粒子来呼应激光烧蚀。志吉莱期望这项研讨能获得打破,消除对巨细纳米颗粒进行分类的繁琐作业。

博科园-科学科普|研讨/来自: 橡树岭国家试验室

参阅期刊文献:《Nanoscale》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab1076

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