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Laserschneiden von Wasser mit hydrophoben Partikeln

17.07.2023

Chinesische Wissenschaftler auf dem Gebiet der Materialwissenschaften haben eine erstaunliche Fähigkeit entdeckt, gewöhnliches Wasser mithilfe eines Lasers zu schneiden. Die Studie zeigte, dass eine Mischung aus Wasser mit hydrophoben Siliziumdioxidpartikeln (Silica) es ermöglicht, unter dem Einfluss von Laserstrahlung vielfältige Muster auf der Wasseroberfläche zu erzeugen, was für die Entwicklung mikrofluidischer Chips wichtig sein kann.

Aufgrund seiner hohen Genauigkeit und Geschwindigkeit wird die Lasermaterialbearbeitung in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. Der Einsatz eines Lasers zum Schneiden von Wasser war jedoch aufgrund der Oberflächenspannung schwierig, die den notwendigen Druck zum Schneiden verhindert. Das Wasser ist zu flüssig, was das Schneiden erschwert. Die Möglichkeit des Laser-Wasserschneidens kann jedoch für die Entwicklung mikrofluidischer Chips für den Einsatz in der Biomedizin, Biologie, analytischen Chemie und Pharmazie von großer Bedeutung sein.

Wissenschaftler der Xian Jiaotong Universität haben zusammen mit Kollegen eine Lösung für dieses Problem gefunden. Sie fanden heraus, dass die Zugabe hydrophober Silica-Nanopartikel zu Wasser das Laserschneiden mit Laserlicht bei einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometern ermöglicht. Hydrophobe Partikel verändern die Fließfähigkeit des Wassers und seine Lichtdurchlässigkeit, was eine effektive Absorption von Laserstrahlung und Verformung gewährleistet. Die von den Partikeln aufgenommene Wärme wird an das Wasser übertragen, wodurch dieses verdunstet. Wasser bewegt sich zusammen mit hydrophoben Partikeln und verschließt den Schnittbereich.

Es ist wichtig, dass die Geschwindigkeit der Wasserverdunstung die Geschwindigkeit der Wiederauffüllung in dem vom Laser betroffenen Bereich übersteigt. Für ein erfolgreiches Schneiden sollten daher hydrophobe Nanopartikel etwa 5 Prozent des Gesamtvolumens ausmachen. Während der Experimente gelang es den Wissenschaftlern, vielfältige Formen mit hoher Schnittgenauigkeit innerhalb von 200 Mikrometern zu erzeugen und Kanäle aus verschiedenen Flüssigkeiten zu erzeugen, was eine Voraussetzung für Mikrofluidik-Technologien ist. Die erstellten Formen behalten nach dem Schneiden ihre Struktur.

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