Stena kavitacijskega mehurčka predstavlja sferično mejo med kapljevino in plinom. Posledično opazovanje dinamike tekočine znotraj mehurčka s konvencionalnimi metodami ni mogoče. Matej Senegačnik in Izr. Prof. Dr. Peter Gregorčič iz laboratorija LASTEH sta v sodelovanju z Univerzo v Kyotu razvila nov pristop, ki z uporabo razpršene osvetlitve omogoča opazovanje dinamike znotraj mehurčka z visoko časovno (250 ns) in prostorsko (~ 1 um) ločljivostjo. Dosežene rezultate, ki so pomembni za nadaljnje izboljšave procesov proizvodnje nanodelcev z lasersko ablacijo v kapljevinah, sta objavila v reviji Ultrasonics Sonochemistry.

V okviru bilateralnega sodelovanja med Fakulteto za strojništvo Univerze v Ljubljani in Univerzo v Kyotu (Japonska) smo razvili nov pristop za preučevanje nastanka nanomateriala med procesom laserske ablacije v kapljevinah. Z uporabo razpršene osvetlitve in ultra hitre kamere smo opazovali dinamiko kapljevine znotraj kavitacijskega mehurčka, ko se le-ta širi čez oster pravokoten rob. Kavitacijske mehurčke smo povzročili z obsevanjem tankih kovinskih vzorcev z nanosekundnimi laserskimi bliski v različnih kapljevinah (vodi, etanolu in polietilen glikolu).

Pokazali smo, da se za ostrim robom zaradi toka kapljevine, ki ga povzroči hitra rast mehurčka, ustvari območje nizkega tlaka, kar lahko povzroči nastanek sekundarne kavitacije. Rezultati dodatno razkrivajo, da lahko v mehurček – ob njegovem prehodu čez rob vzorca – prodre curek zunanje kapljevine s hitrostjo do 40 m/s. Nastanek in obliko curka določajo razdalja med mestom optičnega preboja in robom vzorca, energija bliska in lastnosti okoliške kapljevine. Predstavljeni rezultati so prvi eksperimentalni prikaz dinamike curka kapljevine znotraj kavitacijskega mehurčka, ki ga povzroči tok vstopajoče kapljevine in pomembno prispevajo k razumevanju mehanizmov proizvodnje nanodelcev z lasersko ablacijo v kapljevinah. Poleg tega so pomembni tudi za splošno razumevanju dinamike mehurčka, ki je delno omejen s trdnino.

Razvit eksperimentalni pristop je interdisciplinarno uporaben, saj imajo kavitacijski mehurčki pomembno vlogo v zelo raznolikih aplikacijah na področjih proizvodnje nanodelcev, spektroskopije lasersko povzročenega preboja v kapljevinah, izboljšanega prenosa toplote z mehurčkastim vrenjem, hlajenja, mikrofluidike in laserskih medicinskih posegov.

Objavljen članek je prosto dostopen na: http://www.doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105460, eksperimentalni podatki pa so dostopni na: http://doi.org/10.17632/w8mpz3v3w2.1.