Пузыри оказались рабочими лошадками ультразвуковой чистки

Физики доказали, что ключевую роль при ультразвуковой очистке играют микроскопические пузыри. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Physical Review Focus.

Суть ультразвуковой очистки (ее используют для самого широкого круга задач - от очистки золотых украшений до удаления микроскопических загрязнений с полупроводниковых подложек при изготовлении микросхем) заключается в следующем - материал, который необходимо очистить, помещают в жидкость, которая начинает колебаться с частотой свыше 20 тысяч герц. Несмотря на то, что подобная система очистки используется уже многие годы, до последнего времени точный механизм удаления загрязнений был неизвестен - в частности, предполагалось, что активное участие в этом процессе принимают микроскопические пузыри.

На первом этапе своего исследования ученые создавали пузырь. Для этого они они помещали покрытое светопоглощающим красителем стекло в воду. Стекло облучалось с обратной стороны (то есть луч проходил не через воду), что приводило к взрывному образованию полусферического пузыря. В зависимости от мощности импульса диаметр пузыря мог достигать нескольких микрон, а время его существования составляло примерно 25 микросекунд. В воду были помещены микроскопические бусинки, которые исполняли роль "грязи". Для удобства наблюдения за вращением бусинок половина каждой была покрыта золотой краской.

Вслед за колебаниями пузырь сжимался и расширялся с частотой в несколько килогерц. Оказалось, что неравномерность колебаний пузыря в разных слоях жидкости (вызванная просто тем, что пузырь сужается к верху), приводила, как показали наблюдения к возникновению момента вращения, действующего на бусинки. Некоторые из образцов вращались во время опыта с колоссальной скоростью - 150 тысяч оборотов в секунду. По мнению ученых, на практике волны аналогичным образом практически отдирают частицы грязи от поверхности материала.

При этом, как показал опыт, со временем бусинки, находящиеся достаточно далеко от пузыря, подтягивались к нему из-за возникавших в воде течений. Те, которые были слишком близко, наоборот, отталкивались. При этом вокруг пузыря образовалось кольцо колеблющихся периодически бусинок, для которых отталкивание и притяжение в среднем компенсировались. Исследователи надеются, что в дальнейшем, используя полученные результаты, им удастся создать более совершенные системы очистки.