小气泡可以解决大问题。直径约 1-50 微米的微泡具有广泛的应用。它们用于药物输送、膜清洁、生物膜控制和水处理。它们已被用作微流体混合、喷墨打印和逻辑电路的芯片实验室设备以及光子学光刻和光学谐振器中的致动器。他们为生物医学成像和 DNA 捕获和操作等应用做出了巨大贡献。

鉴于微气泡的广泛应用，已经开发了许多产生它们的方法，包括气流压缩将空气溶解到液体中，超声波在水中诱导气泡，以及激光脉冲暴露浸入液体中的基板。然而，这些气泡往往随机分散在液体中并且相当不稳定。

斯威本科技大学转化原子材料中心教授兼创始主任贾宝华表示，“对于需要精确气泡位置和尺寸以及高稳定性的应用——例如，在成像和捕获等光子应用中——创建具有可控体积、曲率和稳定性的准确位置的气泡是必不可少的。” 贾解释说，为了集成到生物或光子平台中，非常需要使用与当前处理技术兼容的技术制造可控且稳定的微泡。

石墨烯中的气球

贾和斯威本科技大学的研究人员最近与新加坡国立大学、罗格斯大学、墨尔本大学和莫纳什大学的研究人员合作，开发了一种使用激光脉冲在玻璃表面产生精确控制的石墨烯微泡的方法。他们的报告发表在同行评审的开放获取期刊Advanced Photonics 上。

该小组使用氧化石墨烯材料，该材料由修饰有氧官能团的石墨烯薄膜组成。气体无法穿透氧化石墨烯材料，因此研究人员使用激光局部照射氧化石墨烯薄膜，产生气体封装在薄膜内部形成微气泡——如气球。斯威本大学高级研究员、论文第一作者韩林解释说：“这样，激光就可以很好地控制微气泡的位置，可以随意产生和消除微气泡。同时, 气体量可以通过照射面积和照射功率来控制，因此可以达到高精度。”

这种高质量的气泡可用于对精度要求较高的先进光电和微机械器件。

研究人员发现，氧化石墨烯薄膜的高度均匀性会产生具有完美球面曲率的微气泡，可用作凹面反射透镜。作为展示，他们使用凹面反射透镜来聚焦光线。该团队报告说，该镜头呈现出形状非常好的高质量焦斑，可用作显微成像的光源。

林解释说，反射透镜还能够将不同波长的光聚焦在同一焦点上，而不会产生色差。该团队展示了超宽带白光的聚焦，覆盖可见光到近红外范围，具有相同的高性能，这在紧凑型显微镜和光谱学中特别有用。

贾评论说，该研究提供了“一种途径，可随意产生高度受控的微泡，并将石墨烯微泡作为动态和高精度纳米光子组件集成到微型实验室芯片设备中，并在高分辨率光谱学和医学方面具有广泛的潜在应用。成像。”