นักวิจัยพัฒนาวิธีใหม่ในการตรวจหานิวเคลียส

Anonim

ในฐานะที่เป็นสารละลายระเหยสารเคมีที่ละลายจะมีสมาธิจนกลายเป็นผลึกผ่านกระบวนการที่เรียกว่า nucleation อุตสาหกรรมที่ใช้ผลึกขนาดเล็กในยาอาหารและไมโครอิเล็กทรอนิคส์พยายามที่จะทำความเข้าใจเหตุการณ์นิวเคลียสนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา nucleation มักใช้หยดเป็นกล้องจุลทรรศน์เป็นการทดลองขนาดเล็กที่สามารถทำงานได้อย่างรวดเร็วแบบขนานและในพื้นที่ขนาดเล็ก อย่างไรก็ตามการทดลองเหล่านี้ต้องใช้ภาพที่มีความละเอียดสูงซึ่งจะ จำกัด จำนวนภาพหยดที่สามารถประมวลผลได้พร้อม ๆ กัน

นักวิจัยเพิ่งเอาชนะความท้าทายในการแก้ปัญหานี้โดยการเน้นวัดความแตกต่างระหว่างหยดกับสื่อโดยรอบ เทคนิคนี้ได้รับการเผยแพร่ใน AIP Advances ในสัปดาห์นี้ซึ่งเป็นวิธีการที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการตรวจจับการเกิดผลึกนิวเคลียสจนถึงปัจจุบัน

ผลึก nucleation เป็นกระบวนการ stochastic โดยเนื้อแท้และการประมาณเวลาการทำ nucleation แต่ละครั้งต้องใช้โมเดลการเจริญเติบโตที่ทำงานย้อนกลับตั้งแต่เวลาที่ผลึกเริ่มมีขนาดที่ตรวจจับได้ ช่องว่างชั่วคราวนี้สามารถอยู่ในช่วงหลายนาทีถึงหลายชั่วโมง

Romain Grossier ผู้เขียนบทความที่ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติของฝรั่งเศสและมหาวิทยาลัย Aix-Marseille กล่าวว่า "มันเหมือนกับการพูดว่าเมื่อมีคนตั้งครรภ์เมื่อลูกน้อยอยู่ข้างนอก "เราตรวจพบขณะตั้งครรภ์"

เพื่อหาเวลาที่คริสตัลต้อง nucleate ใน microdroplet ทีมสร้างกริดของเกลือ microdroplets เหมือนกันอยู่ในชั้นน้ำมัน น้ำสามารถละลายได้เล็กน้อยในน้ำมันที่อัตราส่วนเหล่านี้ดังนั้นน้ำจึงเริ่มแพร่กระจายออกไปรอบ ๆ โดยเลียนแบบกระบวนการระเหย

นักวิจัยได้แปลงภาพของแต่ละหยดและบริเวณโดยรอบเป็นค่าสเกลาร์ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของความหยาบของพิกเซลและติดตามค่านี้ตามที่เปลี่ยนแปลง เมื่อคริสตัลก่อตัวขึ้นในที่สุดการปรากฏตัวของมันจะเป็นอุปสรรคต่อการวิวัฒนาการของดัชนีหักเหอย่างราบรื่นซึ่งจะปรากฏเป็นระดับสีเทาอย่างกะทันหัน ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดเวลาในการสร้างนิวเคลียสโดยไม่ต้องแก้ไขคริสตัลหรือสร้างสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกการสร้างนิวเคลียส ที่น่าสนใจความเข้มข้นของเกลือสูงใน microdroplets ทำให้เกิดการเจริญเติบโตระเบิดตัดความล่าช้าระหว่าง nucleation และการตรวจจับเป็น 0.5 วินาทีหรือน้อยกว่า

ละอองแต่ละหยดจะหายไปเป็นเวลาสั้น ๆ เมื่อดัชนีหักเหของมันเกิดขึ้นพร้อมกับปริมาตรรอบ ๆ นี้มักจะเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นเดียวกันสำหรับระบบที่กำหนดและสามารถคำนวณได้ล่วงหน้า นักวิจัยต้องการพัฒนาแบบจำลองความเข้มข้นระหว่างเวลาที่หยดออกไปและเวลาที่เกิดนิวเคลียสซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสามารถแก้ไขทฤษฎีการแข่งขันเกี่ยวกับการเกิดนิวเคลียสของคริสตัลได้ในอนาคต

ทีมงานรู้สึกประหลาดใจที่พบว่า microdroplets ไม่ได้เป็นอิสระจากกันเสมอไปตามที่เคยคาดไว้ บางครั้งเกิด nucleation ใน microproplet delay nucleation ในประเทศเพื่อนบ้านเนื่องจากการไหลออกของน้ำที่เพิ่มขึ้นจากหยดแรกทำให้เจือจางอื่น ๆ ชั่วคราว ทีมวางแผนที่จะเพิ่มความเป็นอิสระของ microdroplets ในการทดลองในอนาคต

menu
menu