北航新闻网7月16日电（通讯员 文丽芳）近日，《美国科学院院刊》（PNAS）在线刊登了我校机械学院王玉亮副教授与荷兰特温特大学Detlef Lohse院士等人合作的最新研究成果“Giant and explosive plasmonic bubbles by delayed nucleation”。王玉亮副教授为本文的共同第一作者和通讯作者，我校为第一通讯单位。
金、银、铂等贵金属纳米颗粒在激光照射下存在等离子体效应，能够迅速的将光能转化为热能。在液体环境中，转化得到的热能可以迅速把水汽化，生成微米级气泡，称之为激光等离子气泡(plasmonic bubbles)。等离子气泡在太阳能利用(图1A)、细胞疗法(图1B)、医学影像增强(图1C)和微纳操作(图1D)等方面有巨大的应用潜力，成为近年来微纳领域的热点研究方向。
等离子体气泡在多个领域的广泛应用
近年来，王玉亮副教授以先进微纳测量技术研究为基础，在细胞层面开展了疾病诊断等方面的研究工作，探索基于等离子体效应的细胞疗法。为此，研究团队与国际流体力学知名专家Detlef Lohse院士合作，开展了等离子体气泡生成机理的研究工作。一直以来，基于连续激光的等离子体气泡的研究主要集中在毫秒->秒的时间尺度上。在前期研究中，研究团队揭示了这一常规等离子体气泡的动态生长机理，相关成果发表在ACSNano (影响因子：13.709)。以此为基础，结合等离子体效应的原理以及材料的热传导特性，研究团队进一步推测，在更短的时间尺度上，将存在更加剧烈的等离子体气泡动态演变过程。
为了验证这一推测，研究团队采用帧频高达25MHz的超高速相机，以纳秒级的测量分辨率，首次发现在激光照射后很短时间内，金纳米粒子修饰的材料表面会快速生成大尺寸的等离子体微气泡（图2）。不论在形貌上还是在动态特性上，这个气泡有别于通常在毫秒以上时间尺度上所观测的等离子体气泡，研究团队称之为初始等离子体气泡。初始等离子体气泡生长速度是之前所能观测到的等离子体气泡的2000倍，同时，其生长周期很短，在大约几十微秒后便收缩消失。研究团队进一步建立了基于热扩散和液体亚稳相分解的模型，系统的揭示了初始等离子体气泡的生成机理。
初始等离子体气泡动态生长及收缩消逝过程
这一成果同时揭示了在连续激光照射下，在纳秒到秒的时间跨度上，等离子体气泡完整的演变过程（图3）。该研究所揭示的初始等离子体气泡的超级动态特性，为等离子体气泡的控制以及应用奠定了基础。
激光照射下材料表面等离子体气泡演变的四个阶段
论文下载链接：http://www.pnas.org/content/early/2018/07/06/1805912115
编辑：孙也程
