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Updated: Sep 10, 2025
05:31
Imaging and Quantification of the Area of Fast-Moving Microbubbles Using a High-Speed Camera and Image Analysis
Published on: September 5, 2020
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Dinámica cercana a la pared de las burbujas de cavitación individuales obtenidas por fluorescencia de reflexión
Fangyi Wang1, Jonas Kühlmann1, Sebastian A Kaiser1
1Institute of Energy and Material Process - Reactive Fluids, University of Duisburg-Essen, Germany.
Ultrasonics sonochemistry
|August 23, 2025
Resumen
Este estudio utiliza la fluorescencia de reflexión interna total (TIRF) para visualizar los colapsos de burbujas de cavitación inducidas por láser cerca de las superficies. Revela ondas de choque y formación de microcracks vinculados a fuertes áreas de colapso llenas de gas durante la dinámica de las burbujas.
Área de la Ciencia:
- Dinámica de fluidos
- Acústico
- Ciencias de los materiales
Sus antecedentes:
- Investigar la dinámica de las burbujas de cavitación cerca de las superficies es crucial para comprender fenómenos como la erosión del material y la sonoquímica.
- Los métodos tradicionales de imágenes luchan por capturar los eventos rápidos y localizados durante el colapso de burbujas en las interfaces.
Objetivo del estudio:
- Introducir y validar la fluorescencia por reflexión interna total (TIRF) como técnica de imágenes de alta velocidad para la dinámica de burbujas de cavitación cerca de superficies sólidas.
- Para analizar el ciclo de vida, la generación de ondas de choque y la formación de microcracks durante el colapso de las burbujas de cavitación inducidas por láser.
Principales métodos:
- Se utilizó microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRF) con soporte de guía de onda plana para obtener imágenes del colapso de la burbuja a 50 kfps.
- Se utiliza una iluminación de fondo lateral simultánea a 150 kfps para la captura completa de la dinámica de las burbujas.
- Se han realizado series de dilución y estimaciones de espesor para confirmar la excitación de la fluorescencia por el campo evanescente.
Principales resultados:
- Se observó la persistencia de una fina película líquida entre la burbuja y la superficie durante el colapso, con burbujas transitorias del tamaño de micrones.
- Ondas de choque capturadas durante el segundo colapso, originadas en áreas de colapso fuertes llenas de gas (SCAs).
- Correlacionó la formación de microcracks con las SCA anteriores, demostrando un vínculo causal.
Conclusiones:
- La fluorescencia de reflexión interna total (TIRF, por sus siglas en inglés) proporciona una resolución de tiempo sin precedentes para el estudio de la dinámica de colapso de burbujas de cavitación cerca de las interfaces.
- Las áreas de colapso fuerte llenas de gas (SCAs) son regiones clave para la generación de ondas de choque y la posterior formación de microcracks durante el colapso de la burbuja.
- Esta técnica abre nuevas vías para la investigación en dinámica de burbujas, interacciones superficiales y fenómenos físicos relacionados.
