高效脉冲激光驱动液体流动或将应用便携式医疗设备

2017-10-13 11:45

近日，《Science》（科学）杂志的子刊《Science Advances》（科学进展）上发表了一篇论文，科学家在现实条件下，实现了用脉冲激光在纯水中驱动水流持续高速运动。用激光驱动宏观物质运动这是激光自发明以来首次实现用极为微弱光子直接能量或动量传输作用力提供的宏观推动力。

这一突破性成果在电子科技大学、河南工程学院、美国休斯顿大学等中外高校组成的联合科研团队普通的金纳米颗粒非线性光学性质实验中发现，由于光子能量的微弱性，在光热效应或光化学反应产生的间接推动力对流体属性有极高的要求，像水这样的透明液体要求对激发光吸收极少。

据论文主要作者王志明解释，此次实验成功的关键其实还在于 “金纳米颗粒微腔”。光声流体效应现象，其实是光声效应和声波驱动效应的结合，玻璃器皿内壁激光聚焦处产生了形如火山口并附着有大量金纳米颗粒的微腔。金纳米颗粒在脉冲激光的照射下会经历快速的、周期性的体积膨胀和收缩，产生超声波。而在金纳米颗粒和腔体的共同作用下，定向的高频超声波通过声波驱动效应，驱动分散液产生高速流动。王志明还说，一旦微腔形成，将金纳米颗粒分散液替换为纯水或其他溶液，激光也可驱动其他液体流动。

此次试验的成功标志着光可以驱动宏观物质的运动，这与自然界其他元素不同，激光驱动流体技术中光是可控元素，这为微米级别到厘米级别的流体激光控制带来了可能。这一实验结果或将应用到微流体系统乃至可穿戴便携式医疗设备中。