Tutkijat ratkaisivat nanokuplien arvoituksen

Huoneenlämpötilassa ja kyllästystilassa olevan veden nanokuplat eivät liukene, jos kuplan halkaisija on pienempi kuin 180 nanometriä.

Siinä syy siihen, miksi jotkut nanokuplat säilyvät vedessä hyvinkin pitkään, vaikka niiden kaikkien pitäisi klassisen kuplateorian mukaan kadota mikrosekunneissa.

Asian selvittivät VTT:n tutkijat Tapio Vehmas ja Lasse Makkonen, joiden artikkelin julkaisi Yhdysvaltain kemian seuran lehti ACS Omega.

Tutkijakaksikon termokemiallisen analyysin mukaan pienikin kupla kyllä liukenee nopeasti, mutta jos kupla on jo muodostuessaan riittävän pieni, liukenemisprosessi ei käynnisty.

Ilmiö johtuu siitä, että hyvin pienen kuplan kutistuessa sen pintaenergian muutos ei ole tarpeeksi suuri synnyttämään kuplan ulkopuolelle ylikyllästystilaa, joka on edellytys kaasun siirtymiselle nesteeseen.

Nanokuplille paljon käyttöä

Nanokokoisia kuplia käytetään monissa biologisissa sovelluksissa, muun muassa lääkeaineiden ja geenien siirtämisessä elimistöön.

Vettä, jossa nanokuplat ovat happea, käytetään eläinten ja kasvien kasvunopeuden lisäämiseen ja jätevesien puhdistukseen. Tällaista vettä hyödynnetään myös anaerobisten bakteerien aiheuttamien tautien hoidossa.

Kokeellisesti on havaittu, että nanokuplat säilyvät vedessä useita viikkoja.

Toisaalta klassisen kuplateorian mukaan hyvin pienet kuplat liukenevat veteen välittömästi, joten pysyviä nanokuplia ei pitäisi olla olemassa.

Kokeiden ja teorian ristiriitaa on kutsuttu nanokuplaparadoksiksi.

Kohti tehokkaampia kuplageneraattoreita

Suomalaistutkijoiden analyysi tuo selvyyden siihen, miksi nanokuplia ylipäätään on ja mihin niiden tuottaminen perustuu.

Tiedosta on apua tehokkaampien nanokuplageneraattorien kehittämisessä.

Uutta teoriaa voidaan soveltaa myös pinnoilla kiinni oleviin nanokupliin. Pintananokuplilla on käyttöä esimerkiksi pintojen puhdistamisessa ja vedessä liikkuvien kappaleiden vastuksen vähentämisessä.

Vehmaan ja Makkosen tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.

(Kuva Tapio Vehmas) Keskimmäisessä nestenäytteessä on nanokuplia, jotka erottuvat valon siroamisena. Laservalon siroaminen indikoi nesteen sisältävän pintoja, joista valo siroaa. Pinnat eivät kuitenkaan sirota normaalia valoa, mikä viittaa siihen, että ne ovat nanokokoisia.

Kerro meille mielipiteesi!

 

Anna palautetta

Lisää uutisia