發布時間：2018-10-29 瀏覽量：2022
納米級的氣泡真實存在嗎?
日常日子中，咱們常常看到許多氣泡，例如番筧氣泡、燒沸的水中上升的蒸汽氣泡和翻開啤酒等飲料時溢出的氣泡等等。圖5 所示是啤酒中的氣泡。咱們對大的氣泡的印象是，它們都不安穩，搖一搖瓶子就會消失或隨形成大氣泡跑掉。那么，當氣泡的標準不斷縮小為納米標準，氣泡是否消失得更快，肉眼底子調查不到它們。啤酒中肉眼可見的氣泡
隨著先進成像技能的開展，如原子力顯微鏡的開展，尤其是其在溶液環境下納米級成像技能以及多形式操作方法的完善，為觀測和研討知道納米氣泡發明了條件。2000 年，中國科學院上海使用物理研討所胡鈞課題組和日本的Ishida 等兩個獨立的試驗室各自宣布了用TM-AFM 在試驗中調查到的固液界面納米氣泡的圖畫。2001 年，澳大利亞的Attard 試驗組也用原子力顯微鏡調查到了納米氣泡，宣布在重要期刊《物理評論》(Physics Review Letter)上。如圖6 所示，這些圖畫給出了界面納米氣泡直觀的描摹和長時刻安穩存在的直接依據，這些試驗成果引起了極大重視。Chemical & Engineering News 和Physics News Update 等都對此進行了評論，以為“納米氣泡的AFM直接成像對長久以來的一個科學之謎進行了探究和解說”。之后，涌現出許多用原子力顯微鏡調查納米氣泡的工作。除AFM外的其他手法，如中子反射測定到疏水外表幾個納米的范圍內水的濃度比體相中減少了10%—20%，這種現象被解說為是因為界面間存在納米氣層或納米氣泡形成水密度下降。澳大利亞William Ducker等使用紅外光譜分析了二氧化碳納米氣泡在外表的紅外吸收。隨后其他課題組先后使用快速冷凍[18]、原位透射電子顯微鏡、全息內反射熒光顯微鏡、干與增強反射顯微鏡等對納米氣泡的根本性質進行了研討。
理論上能夠解說納米氣泡的安穩性嗎？
調查到納米氣泡后，人們企圖經過理論來解說納米氣泡的安穩性。依據經典理論納米氣泡內部的壓力很大，其存在的時刻十分短。因而從理論上無法解說這種安穩存在。經典Laplace 方程的表達式為
ΔP = 2γ/R ，
其間， ΔP 是氣泡表里的壓力差， γ是氣泡和液體的外表張力，R 是氣泡的半徑。依據Laplace 方程猜測，半徑為10 nm 氣泡內部的壓力將到達144大氣壓。這么大的壓強勢必導致氣泡很快溶解到溶液中。Ljunggren 等人依據菲克第二規律和Henry規律核算了溶液中納米氣泡的壽數，成果表明半徑為10 nm的氮氣氣泡的壽數只有1 μs。試驗成果和理論核算之間存在著極大的對立。那么，導致這種對立的原因在哪里呢？
人們企圖尋覓全部能夠用來解說納米氣泡安穩性的理論和方法。研討者們各持己見，企圖提出多種理論霸占這一難題。Yang 等提出，線張力的存在引起納米氣泡的觸摸角大于楊氏觸摸角，致使氣泡的曲率半徑增大，內部的壓強減小，進而延伸了納米氣泡的壽數；Ducker提出，有一層污染物膜吸附在納米氣泡的外表，下降了外表張力，引起觸摸角異常，氣泡內Laplace壓力減小，阻止了氣體分散出納米氣泡，使得納米氣泡壽數得以延伸；Zhang 等根據氣體分散理論和Henry 規律核算了溶液中納米氣泡的壽數，以為納米氣泡之所以能夠安穩存在是源于其內部氣體的高密度狀態；Brenner 等以為納米氣泡的安穩性源于進出氣液界面的氣體分子到達動態平衡；Seddon 等以為納米氣泡內部的氣體是Knudsen 氣體(氣體分子之間不存在彼此磕碰)，氣體從三相觸摸線處進入納米氣泡內部，補償了分散出氣液界面的氣體，在氣泡頂端和三相觸摸線之間形成了一個氣體環流，所以納米氣泡能夠安穩存在。可是這些理論猜測終究不是被試驗現象推翻就是在解說了一些問題的同時又會引進新的問題，幾乎沒有哪一條理論能夠完美地解說氣泡安穩性而被研討者一起認可。
近年來， Zhang 等、Liu 等、Weijs 和Lohse別離提出了三相線錨住理論模型。三相線固定主要是因為基底的幾何或者化學不均勻性引起的。如圖7 所示，因為三相線固定的存在，當氣泡縮短時，氣泡內部的壓強會增大；當氣泡成長時，氣泡內部的壓強也會變大。即受捆綁的界面納米氣泡的Laplace 壓強總是阻止氣泡的改變以保證其安穩性。最近，Lohse 和Zhang又進一步提出納米氣泡的安穩性是由三相觸摸線錨住和氣體飽和度一起影響的成果，而且這一理論也能夠很好地解說觸摸角的問題，但需求指出的是，它只適用于單個納米氣泡的狀況，對于多個氣泡依然無法解說。
