研究人员开展了一项多学科项目，以确定微或纳米结构中的空化气泡如何减轻表面侵蚀并提高微流体混合设备的效率，微流体混合设备通常用于快速有效地混合多个样品。
研究成果的潜在应用包括创造更高效和更有弹性的泵机械，以及实施目前仅用于实验室环境的便携式高精度生物测试。这项研究最近发表在《自然》杂志上科学报告日报》。
该项目由吉列尔莫·阿吉拉尔博士、詹姆斯和阿达·福赛斯教授以及德克萨斯农工大学J.迈克·沃克66机械工程系的系主任领导。
空化——液体中蒸汽气泡的快速形成和崩溃——是一个被广泛研究的领域。该项目旨在更好地理解空化动力学的基础科学，同时也确定潜在的应用。
阿吉拉尔说:“虽然空化已经被广泛研究，但空化气泡和射流与微纳米结构和冲击波的相互作用仍然是一个活跃的研究领域。”“这项研究也可以帮助我们更好地理解和进一步开发新技术，如通过表面微图案和高效微流体混合设备的开发来缓解侵蚀。”
研究人员使用装有显微镜镜头的高速摄像机和激光诱导的空化来记录这些微小的气泡，这些气泡通常只有一毫米大小，持续时间只有十分之一毫秒。此外，该项目在整个研究过程中使用了多种不同的激光器来服务于不同的目的，包括飞秒激光器在目标表面创建微图案，纳秒激光器诱导空化，以及连续波激光器执行粒子跟踪。
该方法使团队能够在微结构表面捕获气穴，并演示了这些气穴如何大大减少通常由空化现象机制引起的侵蚀。与此同时，微和纳米图案表面附近的空化气泡的崩溃增强了相邻流体的混合。
Aguilar说:“我们相信这项工作有可能成为开发微流体和减缓侵蚀应用的起点。”“在未来，我们可能会有商业微流控设备，使用这种技术进行原位高精度的生物测试，目前仅限于实验室环境。我们还相信，这项技术可以使泵送机械更有效地工作，寿命更长，这将转化为成本降低。”
这个项目的主要挑战之一是准备工作。在组建团队的过程中，需要各学科的大量专业知识才能有效地执行该项目——阿吉拉尔说，机械工程师们有充分的条件来完成这项任务。
阿吉拉尔说:“这可以被描述为一个多学科项目，不仅包括流体，还包括光学、光子学和材料科学。”“作为机械工程师，我们有广泛的知识基础来解决这样的复杂问题。因此，这种多学科研究在很大程度上依赖于团队合作。”
该项目的合作者包括阿吉拉尔以前的博士生胡安·卡洛斯·冈萨雷斯-帕拉博士和文森特·罗伯斯博士。 墨西哥瓜纳华托大学的Natanael Cuando-Espitia说。