日常日子中，我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(shí)溢出的氣泡等等。圖5 所示是啤酒中的氣泡。我們對(duì)大的氣泡的印象是，它們都不安穩(wěn)，搖一搖瓶子就會(huì)消失或隨構(gòu)成大氣泡跑掉。那么，當(dāng)氣泡的標(biāo)準(zhǔn)不斷縮小為納米標(biāo)準(zhǔn)，氣泡是否消失得更快，肉眼底子查詢不到它們。啤酒中肉眼可見的氣泡
隨著先進(jìn)成像技術(shù)的展開，如原子力顯微鏡的展開，尤其是其在溶液環(huán)境下納米級(jí)成像技術(shù)以及多形式操作方法的完善，為觀測(cè)和研討知道納米氣泡發(fā)明了條件。2000 年，中國(guó)科學(xué)院上海運(yùn)用物理研討所胡鈞課題組和日本的Ishida 等兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室各自宣布了用TM-AFM 在實(shí)驗(yàn)中查詢到的固液界面納米氣泡的圖像。2001 年，澳大利亞的Attard 實(shí)驗(yàn)組也用原子力顯微鏡查詢到了納米氣泡，宣布在重要期刊《物理評(píng)論》(Physics Review Letter)上。如圖6 所示，這些圖像給出了界面納米氣泡直觀的描摹和長(zhǎng)時(shí)間安穩(wěn)存在的直接根據(jù)，這些實(shí)驗(yàn)效果引起了極大注重。Chemical & Engineering News 和Physics News Update 等都對(duì)此進(jìn)行了評(píng)論，認(rèn)為“納米氣泡的AFM直接成像對(duì)長(zhǎng)久以來(lái)的一個(gè)科學(xué)之謎進(jìn)行了探求和說(shuō)明”。之后，涌現(xiàn)出許多用原子力顯微鏡查詢納米氣泡的作業(yè)。除AFM外的其他手法，如中子反射測(cè)定到疏水表面幾個(gè)納米的范圍內(nèi)水的濃度比體相中減少了10%—20%，這種現(xiàn)象被說(shuō)明為是由于界面間存在納米氣層或納米氣泡構(gòu)成水密度下降。澳大利亞William Ducker等運(yùn)用紅外光譜分析了二氧化碳納米氣泡在表面的紅外吸收。隨后其他課題組先后運(yùn)用快速冷凍[18]、原位透射電子顯微鏡、全息內(nèi)反射熒光顯微鏡、干與增強(qiáng)反射顯微鏡等對(duì)納米氣泡的根本性質(zhì)進(jìn)行了研討。
理論上可以說(shuō)明納米氣泡的安穩(wěn)性嗎？
查詢到納米氣泡后，人們妄圖經(jīng)過(guò)理論來(lái)說(shuō)明納米氣泡的安穩(wěn)性。根據(jù)經(jīng)典理論納米氣泡內(nèi)部的壓力很大，其存在的時(shí)間非常短。因此從理論上無(wú)法說(shuō)明這種安穩(wěn)存在。經(jīng)典Laplace 方程的表達(dá)式為
ΔP = 2γ/R ，
其間， ΔP 是氣泡表里的壓力差， γ是氣泡和液體的表面張力，R 是氣泡的半徑。根據(jù)Laplace 方程猜想，半徑為10 nm 氣泡內(nèi)部的壓力將抵達(dá)144大氣壓。這么大的壓強(qiáng)勢(shì)必導(dǎo)致氣泡很快溶解到溶液中。Ljunggren 等人根據(jù)菲克第二規(guī)律和Henry規(guī)律核算了溶液中納米氣泡的壽數(shù)，效果表明半徑為10 nm的氮?dú)鈿馀莸膲蹟?shù)只要1 μs。實(shí)驗(yàn)效果和理論核算之間存在著極大的敵對(duì)。那么，導(dǎo)致這種敵對(duì)的原因在哪里呢？
人們妄圖尋覓悉數(shù)可以用來(lái)說(shuō)明納米氣泡安穩(wěn)性的理論和方法。研討者們各持己見，妄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(nèi)部的壓強(qiáng)減小，進(jìn)而延伸了納米氣泡的壽數(shù)；Ducker提出，有一層污染物膜吸附在納米氣泡的表面，下降了表面張力，引起觸摸角異常，氣泡內(nèi)Laplace壓力減小，阻止了氣體渙散出納米氣泡，使得納米氣泡壽數(shù)得以延伸；Zhang 等根據(jù)氣體渙散理論和Henry 規(guī)律核算了溶液中納米氣泡的壽數(shù)，認(rèn)為納米氣泡之所以可以安穩(wěn)存在是源于其內(nèi)部氣體的高密度狀態(tài)；Brenner 等認(rèn)為納米氣泡的安穩(wěn)性源于進(jìn)出氣液界面的氣體分子抵達(dá)動(dòng)態(tài)平衡；Seddon 等認(rèn)為納米氣泡內(nèi)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(jìn)入納米氣泡內(nèi)部，補(bǔ)償了渙散出氣液界面的氣體，在氣泡頂端和三相觸摸線之間構(gòu)成了一個(gè)氣體環(huán)流，所以納米氣泡可以安穩(wěn)存在。可是這些理論猜想畢竟不是被實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推翻就是在說(shuō)明了一些問(wèn)題的同時(shí)又會(huì)引進(jìn)新的問(wèn)題，幾乎沒(méi)有哪一條理論可以完美地說(shuō)明氣泡安穩(wěn)性而被研討者一起認(rèn)可。
近年來(lái)， Zhang 等、Liu 等、Weijs 和Lohse分別提出了三相線錨住理論模型。三相線固定主要是由于基底的幾許或者化學(xué)不均勻性引起的。如圖7 所示，由于三相線固定的存在，當(dāng)氣泡縮短時(shí)，氣泡內(nèi)部的壓強(qiáng)會(huì)增大；當(dāng)氣泡生長(zhǎng)時(shí)，氣泡內(nèi)部的壓強(qiáng)也會(huì)變大。即受綁縛的界面納米氣泡的Laplace 壓強(qiáng)總是阻止氣泡的改變以保證其安穩(wěn)性。最近，Lohse 和Zhang又進(jìn)一步提出納米氣泡的安穩(wěn)性是由三相觸摸線錨住和氣體飽和度一起影響的效果，并且這一理論也可以很好地說(shuō)明觸摸角的問(wèn)題，但需求指出的是，它只適用于單個(gè)納米氣泡的狀況，對(duì)于多個(gè)氣泡依然無(wú)法說(shuō)明。
⑷ 改進(jìn)溶解氧、透明度，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)自主批改，行進(jìn)水體自凈才能；
⑸ 減小水分子簇締合物，活化水體；
⑹ 活化“土著微生物”，行進(jìn)生化降解功率；
⑺ 快速殺滅藍(lán)藻，經(jīng)過(guò)下降氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量，克制藍(lán)藻；
⑻ 降解浮泥層，促進(jìn)底泥表面礦化，克制底泥污染物向水體開釋。
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