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New method generates precisely controlled graphene microbubbles with perfectly spherical curvature for lenses
Date:
October 9, 2020
Winzige Blasen können große Probleme lösen. Mikrobläschen mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 50 Mikrometern sind weit verbreitet. Sie werden zur Arzneimittelabgabe, Membranreinigung, Biofilmkontrolle und Wasseraufbereitung verwendet. Sie wurden als Aktuatoren in Lab-on-a-Chip-Geräten für mikrofluidisches Mischen, Tintenstrahldruck und Logikschaltungen sowie in der Photoniklithographie und in optischen Resonatoren eingesetzt. Und sie haben bemerkenswert zur biomedizinischen Bildgebung und zu Anwendungen wie dem Einfangen und Manipulieren von DNA beigetragen.
Angesichts des breiten Anwendungsbereichs für Mikrobläschen wurden viele Verfahren zu ihrer Erzeugung entwickelt, einschließlich Luftstromkompression zum Auflösen von Luft in Flüssigkeit, Ultraschall zum Induzieren von Blasen in Wasser und Laserpulse zum Freilegen von in Flüssigkeiten eingetauchten Substraten. Diese Blasen neigen jedoch dazu, zufällig in Flüssigkeit verteilt und ziemlich instabil zu sein.
Baohua Jia, Professor und Gründungsdirektor des Zentrums für translationale Atommaterialien an der Swinburne University of Technology, erklärte: "Für Anwendungen, die eine präzise Position und Größe der Blasen sowie eine hohe Stabilität erfordern - beispielsweise bei photonischen Anwendungen wie Bildgebung und Einfangen - Die Erzeugung von Blasen an genauen Positionen mit kontrollierbarem Volumen, Krümmung und Stabilität ist unerlässlich. " Jia erklärt, dass es für die Integration in biologische oder photonische Plattformen äußerst wünschenswert ist, gut kontrollierte und stabile Mikrobläschen unter Verwendung einer Technik herzustellen, die mit aktuellen Verarbeitungstechnologien kompatibel ist.
Luftballons aus Graphen
Jia und Kollegen von der Swinburne University of Technology haben kürzlich gemeinsam mit Forschern der National University of Singapore, der Rutgers University, der University of Melbourne und der Monash University eine Methode entwickelt, um mithilfe von Laserpulsen präzise gesteuerte Graphen-Mikrobläschen auf einer Glasoberfläche zu erzeugen. Ihr Bericht wird im Peer-Review-Open-Access-Journal Advanced Photonics veröffentlicht.
Die Gruppe verwendete Graphenoxidmaterialien, die aus einem Graphenfilm bestehen, der mit funktionellen Sauerstoffgruppen dekoriert ist. Gase können Graphenoxidmaterialien nicht durchdringen, daher bestrahlten die Forscher den Graphenoxidfilm mit einem Laser lokal, um Gase zu erzeugen, die im Film eingekapselt werden und mikrobläschenartige Ballons bilden. Han Lin, Senior Research Fellow an der Swinburne University und Erstautor des Papiers, erklärt: "Auf diese Weise können die Positionen der Mikrobläschen vom Laser gut gesteuert und die Mikrobläschen nach Belieben erzeugt und beseitigt werden. In der Zwischenzeit kann die Menge der Gase durch den Bestrahlungsbereich und die Bestrahlungsleistung gesteuert werden. Daher kann eine hohe Präzision erreicht werden. "
Eine solche hochwertige Blase kann für fortschrittliche optoelektronische und mikromechanische Bauelemente mit hohen Präzisionsanforderungen verwendet werden.
Die Forscher fanden heraus, dass die hohe Gleichmäßigkeit der Graphenoxidfilme Mikrobläschen mit einer perfekten sphärischen Krümmung erzeugt, die als konkave reflektierende Linsen verwendet werden können. Als Schaufenster verwendeten sie die konkaven reflektierenden Linsen, um das Licht zu fokussieren. Das Team berichtet, dass das Objektiv einen hochwertigen Brennfleck in einer sehr guten Form aufweist und als Lichtquelle für die mikroskopische Bildgebung verwendet werden kann.
Lin erklärt, dass die reflektierenden Linsen auch Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen am gleichen Brennpunkt ohne chromatische Aberration fokussieren können. Das Team demonstriert die Fokussierung eines Ultrabroadband-Weißlichts, das den sichtbaren Bereich im nahen Infrarotbereich abdeckt, mit der gleichen hohen Leistung, die insbesondere in der Kompaktmikroskopie und Spektroskopie nützlich ist.
Jia merkt an, dass die Forschung "einen Weg zur Erzeugung hochkontrollierter Mikrobläschen nach Belieben und zur Integration von Graphen-Mikrobläschen als dynamische und hochpräzise nanophotonische Komponenten für miniaturisierte Lab-on-a-Chip-Geräte sowie ein breites Anwendungspotential in der hochauflösenden Spektroskopie und Medizin bietet Bildgebung. "
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