Вибух мікробульбашок, генерованих електролізом води зі змінною полярністю

(а) Оптичне зображення електродів, вид зверху. Лінії контакту покриті шаром SU-8. (б) чашка Петрі із зразком всередині. За допомогою нього спостерігають за процесом зверху. (c) Кювета, заповнена електролітом, де зразок встановлений вертикально, щоб спостерігати за процесом збоку. (d) Схема установки: 1 - це швидка камера, 2 - чашка Петрі, наповнена електролітом із зразком всередині, 3 - мікрофон, 4 - підсилювач і 5 - пікоскоп.

Послідовні зображення вибуху МВ, розділені часовим інтервалом 100 мкс. Показано розвиток процесу, що спостерігається зверху (ліва колонка) і збоку (права колонка). Ведучі імпульси мають амплітуду 14 В і частоту 500 кГц.

Струм через електрохімічну комірку. Положення швидких відеокадрів, які були записані зі швидкістю 73 000 кадрів в секунду синхронно з поточним, відображаються чорними колами. Положення самого першого кадру (до того, як міхур почне рости) показано червоним хрестом. Токи, дозволені часом, на різних етапах процесу (позначені стрілками) показані під основним графіком.

Радіус міхура, що вибухає, як функція часу. Чорні кола відображають значення, знайдені з відеокадрів. Червоний хрест відповідає першому кадру і показує очікуване значення початкового радіуса. Зображення на вставках показують перший і шостий кадри.

Звуковий сигнал на відстані 3 см від зразка. Сигнал усереднюється протягом 2 мкм часу. Вертикальні червоні лінії відображають моменти, коли звук від вибуху (ліва лінія) і від кавітації (права лінія) повинен доходити до мікрофона. Між червоними лініями існує лише звук вибуху.

Спектральна щільність потужності звуку на малюнку 5 представлена в звуковому діапазоні (круги). Суцільна синя крива найкраще підходить для основної частотної лінії з лінією Лоренца.

Нормалізований радіус бульбашки як функція нормованого часу для газів H 2 і O 2, які не реагують (суцільна лінія). Представлено лише зростаючу гілку розв’язку рівняння (1). Експериментальні дані, що відповідають початковому радіусу R 0 = 75 мкм, показані колами.

Схема, що пояснює утворення вибухаючого мікробульбашки. Щільно упаковані NB зливаються і утворюють початковий MB, заповнений сумішшю газів H 2 і O 2. Ця суміш самозаймається завдяки високому відношенню поверхні до об'єму в МВ. Гази перетворюються на водяну пару, виробляючи значну енергію. Теплова рівновага досягається у кінцевому стані до того, як МВ починає розширюватися.

Тиск, заданий рівнянням стану Пенга – Робінсона (Рівняння (17)) для стехіометричної суміші H 2 та O 2 (чорна крива). Червона лінія показує тиск для закону ідеального газу. Горизонтальна синя лінія показує рівень тиску в НБ злиття найменшого розміру (r = 10 нм), розглянутих у цій роботі. Врізка демонструє однаковий тиск у більшому діапазоні параметра ξ .

(а) Нормовані енергії E i (кожна з яких позначена індексом i) як функції температури. Повна енергія E t o t - це сума всіх доданків. Графіки представлені для радіуса NB r = 20 нм. Тонкими пунктирними лініями показано рішення рівняння енергетичного балансу. (b) Тиск в кінцевій MB (ліва вісь) і температура (права вісь) як функції радіуса злиття NB.