空化气泡减少了微流体设备的侵蚀

研究人员开展了一项多学科项目，以确定微结构或纳米结构内的空化气泡如何减轻表面侵蚀并提高微流体混合装置的效率，微流体混合装置通常用于快速有效地混合多个样品。

研究结果的潜在应用包括创造更高效、更有弹性的泵送机械，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。该研究最近发表在《科学报告》上。

该项目由GuillermoAguilar博士、James和AdaForsyth教授以及德克萨斯A&M大学J.MikeWalker'66机械工程系系主任领导。

空化——液体中气泡的快速形成和破裂——是一个广泛研究的领域。该项目旨在更好地了解空化动力学的基础科学，同时确定潜在的应用。

“虽然空化已被广泛研究，空化气泡和射流与微米或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，”Aguilar说。“这项研究还可以帮助我们更好地理解和进一步开发新技术，例如通过表面微图案化和开发高效微流体混合装置来减轻侵蚀。”

研究人员使用配备显微镜镜头的高速相机和激光诱导的空化来记录微小气泡，这些气泡通常只有一毫米大小，持续时间仅为十分之一毫秒。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实现各种目的，包括用于在目标表面创建微图案的飞秒激光器、用于诱导空化的纳秒激光器和用于执行粒子跟踪的连续波激光器。

这些方法使团队能够在微结构表面捕获气穴，并展示这些气穴如何能够大大减少通常由空化现象机制引起的侵蚀。同时，微米和纳米图案表面附近空化气泡的破裂增强了连续流体的混合。

“我们相信这项工作有可能成为开发微流体和侵蚀缓解应用的起点，”Aguilar说。“在未来，我们可以拥有使用这种技术进行原位、高精度生物测试的商用微流体设备，这些测试目前仅限于实验室环境。我们还相信，可以实施这种技术，让泵送机械发挥更大的作用高效且持续时间更长，这将转化为成本降低。”

该项目的主要挑战之一是准备工作。在组建团队时，需要各个学科的大量专业知识才能有效地执行项目——Aguilar说机械工程师完全有能力完成这项任务。

“这可以说是一个多学科项目，不仅涉及流体，还涉及光学、光子学和材料科学，”Aguilar说。“作为机械工程师，我们拥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。”