發布時間：2019-01-25 瀏覽量：1807
在日常生活中，我們經常會看到許多氣泡，例如番禺氣泡，沸水中的蒸汽氣泡，以及當你打開啤酒等飲料時溢出的氣泡。圖5顯示了啤酒中的氣泡。我們對大氣泡的印象是它們不穩定，并且隨著大氣泡的形成，瓶子的搖動將消失或消失。然后，當氣泡標準繼續縮小到納米標準時，氣泡消失得更快，并且肉眼不會研究它們。啤酒肉眼可見的氣泡
隨著先進成像技術的發展，如原子力顯微鏡的發展，特別是納米級成像技術和溶液環境中的多形式操作方法，納米氣泡的條件被發現用于觀察和討論。 2000年，兩個獨立的實驗室，即中國科學院上海應用物理研究所的Huxue集團和日本的石田，每個實驗室都公布了TM-AFM研究的固液界面納米氣泡的圖片。 2001年，澳大利亞的Attard測試團隊也使用原子力顯微鏡研究納米氣泡，這在重要期刊《物理評論》（物理評論信）中公布。如圖6所示，這些圖為直接描述界面納米氣泡和長期穩定性的存在提供了直接的基礎。這些實驗結果引起了極大的關注。化學與化學“工程新聞與物理新聞更新”對此進行了評論，“AFM對納米氣泡的直接成像探索并解釋了一個長期存在的科學謎團。”從那時起，已經開展了許多工作來用原子力顯微鏡研究納米氣泡。除了AFM之外，諸如中子反射的其他方法確定疏水表面的幾納米范圍內的水濃度比體相中的水濃度低10％-20％。這種現象可通過界面之間存在納米氣體層來解釋。或者納米氣泡形成水密度的降低。澳大利亞人William Ducker等人。用紅外光譜分析表面二氧化碳納米氣泡的紅外吸收。隨后，其他研究小組采用快速冷凍[18]，原位透射電子顯微鏡，全息內反射熒光顯微鏡，干法和增強反射顯微鏡來研究納米氣泡的基本性質。
理論上可以解釋納米氣泡的穩定性嗎？
在研究納米氣泡后，人們試圖通過理論解釋納米氣泡的穩定性。根據經典理論，納米氣泡內部的壓力非常大，其存在的時刻非常短。因此，理論上不可能解釋這種穩定性。經典拉普拉斯方程的表達式是
ΔP=2γ/R，
同時，ΔP是氣泡臺中的壓力差，γ是氣泡和液體的表面張力，R是氣泡的半徑。根據拉普拉斯方程，氣泡內的壓力將達到144個大氣壓，半徑為10納米。如此大的壓力將不可避免地導致氣泡快速溶解到溶液中。 Ljunggren等。根據菲克第二定律和亨利定律計算納米氣泡在溶液中的壽命。結果表明，半徑為10 nm的氮氣泡壽命僅為1μs。測試結果和理論會計之間存在很大的對立。那么，這種反對的原因是什么？
人們正試圖找到可用于解釋納米氣泡穩定性的所有理論和方法。研究人員持有自己的觀點并試圖提出各種理論來解決這個問題。楊等人。提出線張力的存在導致納米氣泡的接觸角大于楊氏接觸角，導致氣泡的曲率半徑增大和內壓降低，從而延長了壽命納米氣泡; Ducker提出有一層污染物膜吸附在納米氣泡的表面上，這會降低表面張力，導致接觸角異常，氣泡中的拉普拉斯壓力降低，防止氣體分散出納米氣泡，這樣可以延長納米氣泡的壽命;張等人。根據氣體分散理論和亨利定律計算納米氣泡在溶液中的壽命，使納米氣泡的穩定存在是由于內部氣體的高密度狀態; Brenner等人。認為納米氣泡的穩定性是由于氣體分子進入和離開氣液界面的動態平衡所致; Seddon等人認為納米氣泡內的氣體是Knudsen氣體（氣體分子不會相互碰撞），氣體從三相接觸線進入納米氣泡內部，補償分散在氣體中的氣體 - 液體界面，在氣泡尖端和三相觸摸。在線之間形成氣體循環，因此納米氣泡可以穩定地存在。 。然而，在解釋一些問題時，這些理論推測并未被實驗現象或新問題的引入所推翻。幾乎沒有理論可以完美地解釋泡沫的穩定性，并且得到了研究人員的認可。
近年來，Zhang等人，Liu等人，Weijs和Lohse提出了一種三相線錨定理論模型。三相線的固定主要是由于基板的幾何或化學不均勻性。如圖7所示，由于三相線是固定的，當氣泡縮短時，氣泡內的壓力增加;當氣泡增長時，氣泡內的壓力也會變大。也就是說，成束的界面納米氣泡的拉普拉斯壓力總是防止氣泡改變以確保其穩定性。最近，Lohse和Zhang進一步提出納米氣泡的穩定性是三相觸摸線錨定和氣體飽和的結果，這個理論也可以很好地解釋觸角問題，但需求指出它只適用于條件對于單個納米氣泡，仍然無法解釋多個氣泡。
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