日前，北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院王玉亮副教授與荷蘭特溫特大學(xué)Detlef Lohse院士等人在激光等離子體氣泡機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。
初始等離子體氣泡動態(tài)生長及收縮消逝過程
激光照射下材料表面等離子體氣泡演變的四個階段
王玉亮副教授以先進(jìn)微納測量技術(shù)研究為基礎(chǔ)，在細(xì)胞層面開展了疾病診斷等方面的研究工作，探索基于等離子體效應(yīng)的細(xì)胞療法。一直以來，基于連續(xù)激光的等離子體氣泡的研究主要集中在毫秒－＞秒的時間尺度上。在前期研究中，研究團(tuán)隊揭示了這一常規(guī)等離子體氣泡的動態(tài)生長機(jī)理。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合等離子體效應(yīng)的原理以及材料的熱傳導(dǎo)特性，研究團(tuán)隊進(jìn)一步推測，在更短的時間尺度上，將存在更加劇烈的等離子體氣泡動態(tài)演變過程。
研究團(tuán)隊采用幀頻高達(dá)25MHz的超高速相機(jī)，以納秒級的測量分辨率，首次發(fā)現(xiàn)在激光照射后很短時間內(nèi)，金納米粒子修飾的材料表面會快速生成大尺寸的等離子體微氣泡。不論在形貌上還是在動態(tài)特性上，這個氣泡有別于通常在毫秒以上時間尺度上所觀測的等離子體氣泡，研究團(tuán)隊稱之為初始等離子體氣泡。初始等離子體氣泡生長速度是之前所能觀測到的等離子體氣泡的2000倍，同時，其生長周期很短，在大約幾十微秒后便收縮消失。研究團(tuán)隊進(jìn)一步建立了基于熱擴(kuò)散和液體亞穩(wěn)相分解的模型，系統(tǒng)的揭示了初始等離子體氣泡的生成機(jī)理。
初始等離子體氣泡動態(tài)生長及收縮消逝過程
這一成果同時揭示了在連續(xù)激光照射下，在納秒到秒的時間跨度上，等離子體氣泡完整的演變過程。該研究所揭示的初始等離子體氣泡的超級動態(tài)特性，為等離子體氣泡的控制以及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
激光照射下材料表面等離子體氣泡演變的四個階段
相關(guān)研究成果已發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》上。
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