Dinâmica de microbolhas em fissuras cilíndricas

Teoriza-se que microbolhas se formam em fissuras em mineralizações causando cintilação, uma rápida mudança de cor observada ao se imagear mineralizações duras com ultrassom Doppler. Embora a clássica equação de Rayleigh–Plesset e suas modificações subsequentes descrevam a dinâmica das bolhas em um campo livre, elas não consideram as fronteiras das fissuras. Neste estudo, condições de fronteira cilíndricas foram incorporadas à derivação da equação de Rayleigh–Plesset e validadas experimentalmente. Fissuras cilíndricas com diâmetros variando de 0,08 a 1,2 μm e profundidades de 1 μm foram gravadas em uma pastilha de silício. Bolhas que se formaram nessas fissuras foram fotografadas em alta velocidade através de um microscópio invertido enquanto eram impulsionadas com ultrassom a 0,75, 2,5 e 5 MHz. Experimentalmente, para todos os tamanhos de fissura testados, as bolhas não cresceram visivelmente. Em contraste, resultados computacionais utilizando a tensão superficial da água padrão (72,5 mN/m) previram que as bolhas deveriam crescer cerca de 6 mm. No entanto, ao aplicar uma tensão superficial mais alta que foi medida na interface silício-água (cerca de 3000 mN/m), as bolhas foram previstas para crescer apenas cerca de 1 nm, apoiando os achados experimentais. Esses resultados oferecem insights sobre o mecanismo que causa a cintilação e fornecem caminhos para investigações futuras sobre o efeito do tamanho e forma da fissura na cintilação. Trabalho apoiado pela NSF CAREER 1943937 e GRFP DGE1255832.