Phương pháp đo không tiếp xúc

Nếu bạn đã từng thấy một đứa trẻ cố gắng bắt quả bong bóng xà phòng bay trong không trung thì chắc hẳn bạn đã dự đoán được kết thúc của sự việc khi bàn tay đứa trẻ chạm vào quả bong bóng ấy. Vì vậy, việc đo độ đàn hồi của các chủ thể mỏng manh đòi hỏi phải có một thiết bị có thể đo độ cứng của vật mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo. Công nghệ không xâm lấn mới cho phép tiếp cận các bề mặt tới kích cỡ nano và tận dụng chất lỏng cơ học có khả năng cung cấp giải pháp cho vấn đề trên.¹ 

Cận cảnh hình cầu thủy tinh chịu nhiệt và tấm màng mỏng đàn hồi cỡ nanomet, chất lỏng ở cuối đóng vai trò như một đầu đo

Theo nhà nghiên cứu và cũng là đồng tác giả Frédéric Restagno từ LPS, ² thiết bị được thiết kế nhằm kiểm tra giả thuyếtt được tạo lập từ lâu rằng, khi chất lỏng di chuyển qua bề mặt, vận tốc của nước gần chất nền xấp xỉ bằng không. Đây được gọi là "điều kiện biên dính."

Tiến sỹ Elisabeth Charlaix Restagno ³ đã thực hiện các thí nghiệm để xác định bản chất của điều kiện biên dính này bằng việc sử dụng bề mặt chất siêu kị nước. Giả thuyết của bà là khi nước chảy trên bề mặt, các vi bong bóng khí bị mắc kẹt vào bất kỳ vật cản nào mà nó gặp trên bề mặt. Các vi bong bóng kết tụ lại với nhau thành một loại thảm có thể di động và giữ phần nước còn lại khi nó chảy qua. Để kiểm tra giả thuyết trên mà không làm phá hủy các bong bóng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một thiết bị được gọi là bộ máy tác dụng lực trên bề mặt. Trong thiết bị này, Audrey Steinberger - một nghiên cứu sinh của Charlaix đã giảm kích cỡ một hình cầu thủy tinh chịu nhiệt tới milimet thành một thanh mỏng đưa vào chất lỏng, trong phạm vi nanomét của các lớp bong bóng cơ bản. Khi dòng chảy tràn qua những chỗ mà hình cầu tiếp xúc, chúng tạo thành áp lực lên các bong bóng làm bóp méo hình dạng của nó.

Lực sinh ra do gián đoạn có khả năng tính toán và đo lường được, vì vậy các nhà nghiên cứu có thể đo được độ cứng của các bong bóng dựa trên phản ứng của chúng trước sự gián đoạn dòng chảy. Trên cơ sở đó, Restagno và các đồng nghiệp áp dụng công nghệ tương tự lên những tấm màng mỏng đàn hồi khác nhau với độ dày và độ cứng linh hoạt. Bằng cách đo mức độ màng mỏng bị bóp méo theo sự thay đổi dòng chảy của chất lỏng, các nhà khoa học đã có thể đo được độ cứng của nó.

Restagno tin rằng tính khả thi của công nghệ không xâm lấn này có thể áp dụng trong nhiều hoàn cảnh, bao gồm việc xác định các đặc tính của tế bào sống, hoặc những lớp phủ polymer được sử dụng trong công nghệ nano.

01. S. Leroy et al., “Hydrodynamic interaction between a spherical particle and an elastic surface: A gentle probe for soft thin films,” Phys. Rev. Lett., 2012. 108: 264501-5.
02. Laboratoire de physique des solides (CNRS / Université Paris-Sud).
03. Laboratoire de physique de la matière condensée et nanostructures (CNRS / Université Lyon-I).

(Theo CNRS)
Mai Lan