按物理學(xué)家的觀點(diǎn)，這種納米小氣泡不應(yīng)該存在，但它們偏偏存在；這還不算，它們的壽數(shù)長(zhǎng)到足可讓調(diào)查者失掉耐性。并且，它們已經(jīng)在許多領(lǐng)域大顯神通。
從遠(yuǎn)處看，這似乎是一幅田園風(fēng)光；一只小船清閑蕩漾在湖面上，雙槳橫在其上。讓人不禁想起“野渡無(wú)人舟自橫”的詩(shī)句。岸邊，在遮陽(yáng)篷下，一群游客正圍著一個(gè)大茶壺在繁忙著什么。
但移近點(diǎn)看，工作就沒(méi)那么美好了。綠油油的湖面，惡臭撲鼻，湖里了無(wú)活力，而這就是被譽(yù)為“我國(guó)魚(yú)米之鄉(xiāng)”的太湖在2007年前后的景象。由于數(shù)十年毫無(wú)顧忌的污水排放，又閱歷了一場(chǎng)長(zhǎng)年累月的干旱，那時(shí)太湖已被很多繁衍的藍(lán)藻所窒息。
那群“游客”其實(shí)是來(lái)自我國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家們，為首的名叫潘剛。那個(gè)看似大茶壺相同的東西，是一臺(tái)機(jī)器。那條船并非為游客而備，它經(jīng)過(guò)一條軟管與岸邊的機(jī)器相連，把機(jī)器里發(fā)生的一種充溢泡沫的泥漿朝湖面上拋灑。經(jīng)過(guò)這種方法，他們正試圖讓太湖重現(xiàn)活力。
那充溢泡沫的泥漿有什么魔力，竟能讓太湖妙手回春？
本來(lái)在這項(xiàng)試驗(yàn)中，起核心作用的是一種叫“
納米氣泡”的東西。但是說(shuō)來(lái)難以想象，物理學(xué)家至今對(duì)這種奇特小氣泡的存在還無(wú)法解說(shuō)。
這種小氣泡為何這么奇特？
咱們無(wú)妨先來(lái)看看一個(gè)氣泡要保持不破所需的條件。拿肥皂泡來(lái)說(shuō)，它的氣泡壁是一層薄薄的水膜，泡內(nèi)含有空氣，構(gòu)成往外脹大的氣壓，而氣泡壁又受著外面空氣朝內(nèi)的壓力。當(dāng)氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)剛好等于氣泡外的壓強(qiáng)與外表張辦所構(gòu)成的壓強(qiáng)之和時(shí)，氣泡才干安穩(wěn)存在。但關(guān)于暴露在空氣中的肥皂泡，其壁太薄，氣泡內(nèi)的氣體分子很簡(jiǎn)單透過(guò)水膜逃逸出去，構(gòu)成里邊壓強(qiáng)逐步下降了，降到一定程度，再也無(wú)法與外面的壓強(qiáng)抗衡，所以氣泡就破了。這種情況下，氣泡可以說(shuō)是被“壓破”的。
由于要保持氣泡內(nèi)外受力平衡的條件是如此軟弱，所以一般來(lái)說(shuō)，氣泡的壽數(shù)都很短。小氣泡尤其如此。氣泡越小，外表張力就越大，氣泡內(nèi)需求很高的壓強(qiáng)才干與之抗衡。當(dāng)氣泡小到納米量級(jí)，所需求抗衡的液體外表張力繁榮昌盛到如此之高，以至于氣泡還來(lái)不及構(gòu)成果決裂了。所以，按物理學(xué)家的觀點(diǎn)，納米小氣泡永久不會(huì)存在。
但有些古怪的是，工作并非如此。1994年，一位瑞士化學(xué)家把兩塊不沾水的資料浸入水中，想丈量一下它們外表之間的作用力。當(dāng)讓兩塊資料平行挨近時(shí)，排斥力跟著間隔的減小而添加。但是當(dāng)兩者之間的間隔只需幾百個(gè)納米時(shí)，這個(gè)排斥力突然下降了。這個(gè)現(xiàn)象其時(shí)弄得他不可思議。
直到幾年前，一位澳大利亞學(xué)者才給出了一個(gè)比較合理的解說(shuō)。他以為資料外表可能散布著很多納米小氣泡，當(dāng)兩外表挨近時(shí)，氣泡和氣泡會(huì)有兼并的傾向，因而在這一進(jìn)程中會(huì)彼此招引。經(jīng)過(guò)一番核算，這種小氣泡內(nèi)部的壓強(qiáng)高達(dá)100個(gè)大氣壓，差不多是水下1千米深場(chǎng)所接受的壓強(qiáng)。
這聽(tīng)起來(lái)幾乎是不可能的，但2001年，在掃描顯微鏡的協(xié)助下，有科學(xué)家在浸入水中的一塊硅片上還真調(diào)查到了一些半球形的納米小氣泡，它們就像蘑菇相同附著在硅片外表。
但沒(méi)有人可以解說(shuō)發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。2011年，當(dāng)一位荷蘭科學(xué)家用原子力顯微鏡調(diào)查
納米氣泡時(shí)，發(fā)現(xiàn)了更古怪的現(xiàn)象：由于
納米氣泡內(nèi)部驚人的高氣壓，氣體分子會(huì)很快逃逸出氣泡壁，但一個(gè)
納米氣泡里頂多只需幾千個(gè)氣體分子，而每秒鐘逸出的氣體分子卻多達(dá)1億個(gè)，真是奇哉怪也！并且，以這樣快的速度損失氣體，按理說(shuō)，
納米氣泡應(yīng)該轉(zhuǎn)瞬即逝，但又一次出人意料的是，它們能存在很長(zhǎng)時(shí)刻，你想調(diào)查多久，它們就能存在多久。
這一切奇古怪怪的工作真讓科學(xué)家手足無(wú)措。有人只好猜想，或許氣泡內(nèi)的氣體不斷得到彌補(bǔ)。但這種解說(shuō)也很成問(wèn)題：要給氣壓如此之高的氣泡充氣，需求耗費(fèi)能量，但能量來(lái)自何處？要是沒(méi)有能量來(lái)歷，那就破壞了熱力學(xué)規(guī)律。
凈化水質(zhì)，一試身手
但解說(shuō)不了
納米氣泡存在的原因，并無(wú)波折它的運(yùn)用。自2006年起，我國(guó)科學(xué)院潘剛就受當(dāng)?shù)卣耐懈叮瑩?dān)任嘗試用這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)去處理飽嘗污染的太湖水。
他的方案很簡(jiǎn)單：太湖水是因湖面藍(lán)藻之類的微生物很多繁衍，水表被隔絕了氧氣而“窒息”死的，因而只需把氧氣從頭泵入湖中即可。但這件事用傳統(tǒng)的方法處理是非常低效的，需求耗費(fèi)很多的能量，并且大多數(shù)泵入水中的氧來(lái)不及溶解就會(huì)浮出水面，從頭回到空氣中。
為解決這個(gè)扎手問(wèn)題，潘剛先把湖邊的泥土用水調(diào)配成泥漿，然后通氧氣；盡管大的氣泡會(huì)立即決裂，但在泥漿中，尺度大約在10納米左右的氧氣小氣泡卻留存了下來(lái)；把這些泥漿拋灑到湖面上，湖面上的藍(lán)藻幾分鐘之內(nèi)就會(huì)被泥漿拖著沉入湖底；泥漿里的氧氣泡就會(huì)溶解于水，可供水中的動(dòng)植物運(yùn)用；一旦有了魚(yú)類等水生物，它們就可以湖面上的藍(lán)藻為食，協(xié)助凈化水質(zhì)，然后構(gòu)成良性循環(huán)。這個(gè)進(jìn)程能量利用率比較高，并且不會(huì)有新的污染。
試驗(yàn)的作用不錯(cuò)，僅用半個(gè)小時(shí)，在5000平方米的湖面上清理掉了整整1厘米厚的藍(lán)藻，第二天作為藍(lán)藻代謝產(chǎn)品和湖水惡臭來(lái)歷的污染物——氨水、硝酸鹽和磷肥的濃度都大為下降。四個(gè)月后，水下的植物和浮游生物開(kāi)端從頭繁茂起來(lái)。
像油輪這樣終年在海上飛行的大輪船，每年都要糟蹋巨量的燃料，由于像藤壺之類的生物會(huì)附著在船體上，使得輪船在水中飛行愈加吃力。所以，如果能找到一種簡(jiǎn)單易行的“洗身”方法，每年可替每艘輪船節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。
美國(guó)的一位科學(xué)家就找到了一個(gè)方法。他把船體變成一個(gè)巨大的電極，只需通以弱小的電流，在船體上就會(huì)發(fā)生很多納米小氣泡；這些小氣泡阻止海洋生物附著在船體上，試驗(yàn)表明，這是可行的。盡管詳細(xì)的細(xì)節(jié)至今依然沒(méi)有搞清楚，但其間能否發(fā)生
納米氣泡是這項(xiàng)技能的要害。
相同的方法還可以用來(lái)清洗用于制作核算機(jī)芯片的硅晶。附著在硅晶外表的任何形式的污染物，像石英、鐵或許鋁的粉塵等等。關(guān)于在其上需求蝕刻高精度電子線路的硅晶來(lái)說(shuō)，都足以構(gòu)成嚴(yán)峻的缺點(diǎn)。但粉塵污染在加工進(jìn)程中又不可避免，傳統(tǒng)的清洗進(jìn)程涉及許多道工序，并且清洗液會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)峻污染。
所以有人又想到了
納米氣泡。經(jīng)過(guò)讓硅晶外表構(gòu)成
納米氣泡，恰當(dāng)加熱，其外表的粉塵就會(huì)被氣泡托起并浮上來(lái)，然后被除掉。傳統(tǒng)工藝需求半個(gè)小時(shí)才干完成的工作，新工藝僅需一分鐘即可，并且不需求運(yùn)用有害的化學(xué)物質(zhì)。
迄今對(duì)
納米氣泡的運(yùn)用最具爭(zhēng)議的是一種新式抗炎藥物。這種藥物已于2010年經(jīng)過(guò)美國(guó)食物和藥品管理局同意，投入臨床試驗(yàn)，并取得很好的作用，但其抗炎原理是個(gè)謎，廠家宣稱，其作用很大一部分來(lái)自納米氧氣泡。按制作商的說(shuō)法，一旦藥物分子中含有納米氧氣泡，它們的生物化學(xué)性質(zhì)就會(huì)變得生動(dòng)起來(lái)，然后到達(dá)看病的作用。而在制作這種藥物的進(jìn)程中，其間有一道重要工序就是設(shè)法讓納米氧氣泡附著到藥物分子外表上去。
盡管許多科學(xué)家對(duì)此說(shuō)法頗為置疑，但在
納米氣泡的很多謎團(tuán)沒(méi)有解開(kāi)之前，也不敢輕率否定。倘若廠家的說(shuō)法事實(shí)，
納米氣泡就越發(fā)奇特，未來(lái)的運(yùn)用遠(yuǎn)景也就越寬廣了
