File van platte nanoluchtbellen lost moeilijk op
Hoe snel een luchtbel in een vloeistof oplost hangt sterk af van de grootte van de bel. Toch blijven minuscule bellen op een oppervlak van water uren tot dagen bestaan. Onderzoekers van Stichting FOM en de Universiteit Twente ontwikkelden een nieuw model dat dit verklaart: de nanobellen worden platter en hopen op in een soort file. Door hiermee rekening te houden kunnen de onderzoekers de levensduur van nanobellen correct voorspellen. Hun nieuwe theorie wordt vandaag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters.
Oppervlaktespanning
Oppervlaktespanning zorgt ervoor dat hoe kleiner een bel is, des te sneller het gas uit de bel oplost in de omliggende vloeistof. Minuscule bellen (kleiner dan ~100 nanometer) zouden hierdoor binnen enkele microseconden moeten oplossen. De bestaansduur van nanobellen op een oppervlak in contact met water is echter tien ordegroottes groter. FOM-promovendus Joost Weijs MSc en FOM-werkgroepleider prof.dr. Detlef Lohse kunnen nu verklaren hoe dit komt. "Als nanobellen kleiner worden beweegt de buitenste rand, de contactlijn met het oppervlak, niet mee. De bel zit als het ware vastgeplakt," aldus Weijs. "Hierdoor wordt de bel platter als zijn volume afneemt. En bij plattere bellen kan oppervlaktespanning het gas er minder snel uitpersen. De bel loopt dus steeds trager leeg naarmate hij platter wordt."
File van bellen
"Hiernaast is de omringende vloeistof verzadigd met opgelost gas," vervolgt Weijs. "Dit levert een soort file van gas op: er moet eerst gas worden geloosd naar de atmosfeer, voordat nieuw gas uit de bellen op kan lossen in de vloeistof. De snelheid waarmee gas ontsnapt uit een bel neemt hierdoor zeer sterk af, afhankelijk van de dikte van de vloeistoflaag boven de bellen."
Berekeningen met het nieuwe model geven een voorspelde levensduur die overeen komt met de bestaansduur die is gemeten in experimenten. Met vervolgexperimenten willen de onderzoekers het model valideren zodat het gebruikt kan worden voor praktische toepassingen. Weijs: "Een veelbelovende toepassing van deze nanobellen is bijvoorbeeld het bedekken van de wanden van kanaaltjes in micro-fluidic devices. De vloeistof die er doorheen stroomt ondervindt hierdoor minder weerstand."
Referentie
- Joost H. Weijs, Detlef Lohse, 'Why surface nanobubbles live for hours'. Physical Review Letters (2013).
- Synopsis in Physics
Contact
Detlef Lohse
(053) 489 80 76
Joost Weijs
(053) 489 25 68