發(fā)布時(shí)間：2021-10-16 22:47

　　近年來,納米級(jí)別的氣泡被發(fā)現(xiàn)存在于各種固體表面上以及主體液相中,其分別叫做界面納米氣泡以及體相納米氣泡。研究表明這些氣泡的壽命為數(shù)小時(shí),數(shù)天甚至數(shù)周。納米氣泡出人意料的穩(wěn)定性與經(jīng)典的熱力學(xué)相悖。根據(jù)拉普拉斯方程,由于其具有很小的曲率半徑,在這種情況下納米氣泡內(nèi)部的壓力會(huì)非常高,故納米尺度上的氣泡根本不可能存在。對(duì)于僅有微米或納米大小的氣泡,經(jīng)典理論預(yù)測它們會(huì)在一瞬間消失。因?yàn)榧{米氣泡的存在打破了人們對(duì)氣體行為的常規(guī)認(rèn)知,而且它在制藥,浮選,水清潔等許多領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用,所以納米氣泡的穩(wěn)定機(jī)制是該領(lǐng)域的核心問題。本文主要通過計(jì)算機(jī)模擬方法結(jié)合一些理論分析圍繞納米氣泡的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究,研究成果如下（1）共存的氣相和液相之間的彎曲界面在現(xiàn)實(shí)中無處不在,亨利定律是否適用于高度彎曲的氣液界面這一問題目前還有待解決。以穩(wěn)定的界面納米氣泡為例,其具有高度彎曲的氣液界面,我們通過分子動(dòng)力學(xué)模擬以及熱力學(xué)分析研究了亨利定律作用于彎曲界面上的可行性。本研究表明,隨著界面納米氣泡曲率的增加,亨利定律的預(yù)測與模擬結(jié)果之間的差距越來越大。亨利定律系數(shù)的這種曲率依賴性歸因于液相中氣體的非理想性,這是因?yàn)榻缑?.. 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）?Ｌｍｉ等人觀察到的納米氣泡ｍ?（ｂ）?Ｉｓｈｉｄａ等人觀察到的納米氣泡間??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｎａｎｏｂｕｂｂｌｅｓ?ｏｂｓｅｒｖｅｄ?ｂｙ?⑷?Ｌｏｕ【７］?ｅｔ?ａｌ．?ａｎｄ?（ｂ）?Ｉｓｈｉｄａ［８】ｅｔ?ａｌ．??

最熱門討論度最高的課題非納米氣泡異常的穩(wěn)定性問題莫屬了，其中??一種觀點(diǎn)便是溶液中的污染物附著在納米氣泡的表面使納米氣泡的表面張力大大降??低進(jìn)而延長了它們的壽命。這時(shí)則需選用后兩種產(chǎn)生納米氣泡的方法來排除有機(jī)物的??影響。??Ｓｔａｇｅ?１?Ｓｔｄｇｅ?２?Ｓｔａｇｅ?３??Ｆｌｕｉｄ?ｃｅｌｌ??＼?Ｆｌｕｉｄ?ｃｅｌ！?丨？？Ｆｌｕｉｄ?ｃｄｌ??Ｗ?／ｉｒｒ?Ｗ??Ｗａｔｅｒ?Ｗａｔｅｒ?Ｅｔｈａｎｏｌ?Ｅｔｈａｔｉｏｌ?Ｗａｆｅｒ??—．Ｈ—ｍ＇??圖１－３乙醇和水溶液替換過程示意圖［４５】??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｔｈａｎｏｌ?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ１４５１??接下來是使用頻率第二高的方法用直接滴加法［８，５４＿５６］產(chǎn)生納米氣泡，此方法在??２０００年由Ｉｓｈｉｄａ等人［８］所在的課題組首次采用。該方法后來也較為常用的原因在于該??方法操作起來最為簡單，僅僅需要一步即可。該方法的詳細(xì)操作就和該方法的命名一??致，在具有疏水性的基底表面上直接滴加水溶液，那么由于基底具有疏水性不能被水??完全的潤濕，所以氣體就會(huì)在基底與水溶液之間聚集從而產(chǎn)生納米氣泡。后來科研人??員又把這種方法進(jìn)行了推廣，也可以將疏水的基底直接放進(jìn)水溶液當(dāng)中，與前者原理??相同這也會(huì)使基底與水溶解的交界處附近產(chǎn)生納米氣泡。在２００１年，Ｔｙｒｒｅｌｌ和Ａｔｔａｒｄ??兩人［５７］就是把表面經(jīng)過疏水化處理的玻璃直接放入水溶液之中，之后他們用原子力顯??微鏡觀察到了納米級(jí)的物質(zhì)并證實(shí)了該物質(zhì)就是納米氣泡。該方法除了操作簡單的優(yōu)??點(diǎn)外，由于

?北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文???Ｃ？〇?吱?ｗａｔｅｒ??（ｆｗｈ??ｊｉｎ?ｌｌｉｌｌ］／＾Ｃ?＾Ｖ＼ｉｌ｜｜ｌ??＇一??圖１－４動(dòng)力學(xué)平衡機(jī)制的示意圖【８５！??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ１８５１??第三種理論解釋是線張力機(jī)制，Ｙａｎｇ等人［７６］推測納米氣泡具有較大的線張力從??而使其氣液接觸線不易彎曲，這就解釋了為什么科研人員觀察到的納米氣泡外形是扁??球形。氣泡很扁意味著其曲率半徑較大，進(jìn)而根據(jù)附加壓力與曲率半徑成反比的關(guān)系??即可得到較大的線張力可以降低納米氣泡的附加壓力從而減慢其溶解。隨后科研人員??［８７，?８８】根據(jù)此推測估算出維持納米氣泡長時(shí)間穩(wěn)定所需的線張力值大約為ｌ〇＿６Ｊ／ｍ，然??而在之后的一段時(shí)間科研人員從實(shí)驗(yàn)、模擬、理論三個(gè)方面計(jì)算出線張力在ｉ〇－１Ｑ－ｉ〇－１２??Ｊ／ｍ之間［８９＿９１］故推翻了這種解釋。??第四種理論解釋是高密度機(jī)制，其又可細(xì)分為兩種解釋。Ｗｅｉｊｓ等人人為同??一區(qū)域上的納米氣泡數(shù)量很多，它們彼此很接近這會(huì)降低氣體溢出的速率，與此同時(shí)??從一個(gè)納米氣泡中溢出的氣體可以流入另一納米氣泡從而使其相互穩(wěn)定。如果此假設(shè)??成立，那么實(shí)驗(yàn)中觀察到的鄰近的納米氣泡大小應(yīng)該很接近，但Ｚｈａｎｇ等人［２２］實(shí)際觀??察到位于同一區(qū)域上的納米氣泡大小不一。Ｐｅｎｇ等人則是認(rèn)為具有疏水性的固體表??面對(duì)氣體有較強(qiáng)的吸引作用，所以氣泡內(nèi)部氣固界面附近的氣體密度會(huì)很高，之后他??們利用分子動(dòng)力學(xué)模擬展示了這一現(xiàn)象，納米氣泡內(nèi)部垂直基底表面方向氣體密度有

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]溫差法制備納米氣泡及溫度的影響[J]. 管旻,郭文,高蓮花,唐雨釗,胡鈞,董亞明.  上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(02)
[2]Long lifetime of nanobubbles due to high inner density[J]. ZHANG LiJuan1,2, CHEN Hao3, LI ZhaoXia1,2, FANG HaiPing1 & HU Jun1,4 1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China; 2 Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 3 Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China; 4 Bio-X Life Science Research Center, College of Life Science and Biotechnology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China.  Science in China（Series G:Physics,Mechanics & Astronomy）. 2008(02)



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