微納米氣泡的安定性不斷存在爭議,根據經典的Young–Laplace公式,當氣泡體積越小,表面張力越大,內部壓力越大,內部壓力大會驅動氣泡內氣體向液體分散溶解,表面張力友善體丟掉的成果負氣泡快速趨勢縮小甚至分裂散失。比如,當氣泡直徑為159納米時刻,其表面張力為13.93mN/m,可發生約莫452kPa的壓力,相等于4.5個大氣壓。多么高的內壓現已抵達氣泡快速分裂的環境。理論上
微納米氣泡不大約永劫間存在,但很多研討創造
微納米氣泡的壽數十分長。也就是說,理論上液體中
微納米氣泡幾乎不存在,但研討依據評釋液體中
微納米氣泡能很多永劫間存在。
必要夸張的是,
微納米氣泡龜齡命一個重要特色是有一個規范領域,約莫在150納米附近,從50納米到500納米(圖3),條件如溫度、液體友善體身分不同這個領域有必定改變。趕過這個領域,如極小
微納米氣泡,仍舊切合快速分裂的特色,趕過這個領域,恰利益于經典氣泡具有緊縮趨勢的領域。
不同規范氣泡的特色
微納米氣泡超龜齡命的原因原由有三個假說。一種觀念認為,
微納米氣泡沒有抵達安定均衡狀況,而是處于亞安定狀況,這種狀況均衡速率十分愚鈍。第二種觀念認為,
微納米氣泡是一種動態均衡狀況,可是必要在過飽和溶液中。這種條件下,新的
微納米氣泡不斷構成和舊的氣泡不斷散失,兩者抵達均衡狀況。第三種觀念認為,Young–Laplace公式對
微納米氣泡不實用,因為
微納米氣泡表面張力遭到界面曲度和內部氣體壓力影響十分大。如
微納米氣泡內壓力只要1.4個大氣壓,遠小于憑證Young–Laplace公式的理論策畫值。
微納米氣泡浮力十分小,而四周溶液分子活動影響相對很大,導致
微納米氣泡永劫間懸浮在液體中。理論上5微米氣泡就不會上升,因為這種氣泡的浮力小于液體活動發生的影響,遭到氣泡之間友善泡和液體分子之間影響也相比較較大。關于
微納米氣泡內壓,一些科學界不同意憑證Young–Laplace公式的理論策畫值。Tolman策畫了液滴的表面張力,提出跟著體積縮小表面張力相對失落。
微納米氣泡內壓力也大約低于Young–Laplace公式的理論策畫值。Nagayama等舉辦的分子動力學仿照也創造,
微納米氣泡內壓力遠低于Young–Laplace公式的理論策畫值。Seung Hoon Oh等舉辦的氫氣汽油內
微納米氣泡的分析創造,氫氣
微納米氣泡壽數能夠安定121天。
微納米氣泡安定的要害要素是zeta電位。
微納米氣泡具有zeta電位,其特性就是氣泡界面外側呈負電,內側呈正電。彎曲液體表面能發生電荷是因為水分子布局或分離性。電荷架空和表面張力效果傾向相反,具有失落內壓和表面張力的效果。任何能增加負電荷的物質都有利于氣液界面,如氫氧根離子或用防靜電槍增加陰離子能縮小
微納米氣泡直徑。一般
微納米氣泡直徑約150納米,二氧化碳
微納米氣泡混雜1小時后直徑只要73納米,是因為二氧化碳氣泡界面有高濃度碳酸根離子。與表面電荷相同,
微納米氣泡之間缺少分子間范德瓦效果力(氣泡內電子密度接近為零),也能阻止氣泡融合。分析創造,
微納米氣泡表面電荷能抵擋表面張力,阻止
微納米氣泡內構成過高壓,能篩選氣體因高壓向液體中溶解,阻止氣泡發生崩解。氣泡抵達均衡是安定的根柢,那么表面電荷密度對安定性是必要的。當
微納米氣泡發生緊縮時,電荷密度隨之增加,在這個進程中,電荷密度,電荷是負氣泡擴張的效果。縱然在均衡狀況,氣泡內氣體仍舊能夠向未飽和的液體中溶解,除非這種液體表面也滿盈該氣體。
鹽離子濃度是影響
微納米氣泡安定性的負面要素。研討創造,高鹽離子能促進
微納米氣泡集合和融合,集合是粒子電荷受離子強度粉碎導致的鹽析征象,融合是因為氣水界面發生了改變。
微納米氣泡安定性也會遭到溶液性質如酸堿度的影響,理論上堿性約大,氣泡體積越大。
除界面電荷是氣泡安定性增加的重要要素外,氣泡和溶液之間氣體雙向分散速率下降也是一種要害要素。重要原因原由是氣泡四周存在一層殼體樣布局,這層布局內氣體溶解度遠高于四周自由度高的液體環境,這種征象在界面
微納米氣泡現已被證明,估計在體相
微納米氣泡也存在相同布局(圖4)。Ohgaki等創造,
微納米氣泡表面的氫鍵更強,限定了氣體從氣泡表面向溶液中開釋。這層布局覺得很相同生物大分子表面的聯合水,這種水因為和生物分子構成安定的氫鍵,相同于晶體狀況,活動度十分小,大約是導致氣體溶解度增加的一個原因原由。這也相同于當時比力熱門的界面水效應的觀念,
微納米氣泡大約大約算一種最安靜的界面水溶液制備方法。上海生物物理所張立娟傳授從前用同步輻射軟X線對
微納米氣泡表面這種水布局舉辦了研討,證明是一種十分特別的水布局。
與一般納米顆粒、膠體和油水乳液相同,
微納米氣泡也具有自結構趨勢。大約是因為界面電荷、長領域招引、分散愚鈍和界面高浸透分泌壓梯度等要素的團結效果。體相
微納米氣泡剛性大,不簡單被緊縮,可是拉伸簡單擴張。
體相
微納米氣泡數目多的環境如電解水
微納米氣泡,表面水比力多,能構成更多氫鍵,水合效果更明顯。
微納米氣泡能前進水分子活動性,這種征象能夠用T2加權NMR質子弛豫時刻延伸來分析。S. Liu, et al. Chem. Eng.Sci. 93 (2013) 250-256. 260納米引發波長,
微納米氣泡能夠在345納米和425納米開釋出兩個單薄寬弱熒光帶,大約是氣泡界面水合離子化合物誘導的電荷密度發生。P. Vall?e,et al. J. Chem.Phys. 122 (2005) 114513.礦藏水中
微納米氣泡能被磁化,這種磁化能連接1天以上。K. Uehara et al.Magnetics, 47 (2011) 2604-2607.
只管
微納米氣泡十分安定,可是氣泡大小分布、氣泡數目和均勻大小都市跟著時刻發生改變。界面
微納米氣泡檢測常用原子力顯微鏡。體相
微納米氣泡常用光散射、冷凍電子顯微鏡和共振質量測量,共振質量測量對區別固體顆粒是儉樸方便的技術。
微納米氣泡溶液特色會跟著
微納米氣泡等效直徑、數目和大小分布的影響。不同方法大約會有不同的測定成果。
微納米氣泡遭到布朗活動影響大,表面有硬殼,其行為接近固體納米顆粒。因而
微納米氣泡能夠用動態光散射方法舉辦測量,動態光散射是使用始末經過樣品的反射波形改變舉辦分析。波形受顆粒布朗活動影響,大氣泡發生的散射效果強,但波動比力慢。用Stokes-Einstein公式策畫分散常數斷定顆粒半徑。D = kT/(3ηπd) (D =分散系數,k = 波爾茲曼常數,T = 絕對溫度,η=粘度,d=顆粒直徑)。這種方法最多能測量每毫升10億
微納米氣泡。分析整體信號能夠得到氣泡數目和大小分布,但不克不及得到每個氣泡的活動環境。
微納米氣泡活動必要用納米顆粒盯梢分析方法。
納米顆粒盯梢分析如NanoSight是相對分析方法,這種方法使用光散射盯梢小體積(80 pL)中的每個氣泡,能斷定特定時刻
微納米氣泡在X或Y軸上的活動。顆粒活動速率決定于顆粒大小,體積越大速率越小。相抵擋動態光散射每毫升至少107個
微納米氣泡,納米顆粒盯梢分析能分析更低濃度
微納米氣泡。
共振質量測量是對流過一個共振跳板
微納米氣泡舉辦的測量,這是一種比力新的技術,能清楚區別固體友善體納米顆粒。1微升
微納米氣泡溶液經過共振器每分鐘約12納升,志向狀況是每秒經過一個
微納米氣泡,改變有用質量并被轉換為共振頻率。
庫爾特氏計數器是病毒和細菌等微生物的計數設備,重要由兩個小室構成,中心以不導電的薄隔板離隔,隔板帶有大小與待計數的顆粒相同的單一小孔,每個小室都有電極。當
微納米氣泡等顆粒進入微管時,因為管內液體被氣泡替代,電阻發生改變,其改變和顆粒體積有關連,使用這個特性可對經過微管的
微納米氣泡舉辦計數和體積策畫。
直徑趕過500納米的大
微納米氣泡能用高區分光學顯微鏡舉辦圖畫分析,觀察時必要用亞甲藍舉辦染色。也有使用氣泡內氣體身分的性質舉辦檢測的方法,比如用紅外勘探二氧化碳
微納米氣泡。
Zeta電位也常常作為
微納米氣泡勘探目標,研討體現當zeta電位比力大時也是
微納米氣泡安定性的原因原由,可是這種電位不克不及供給氣泡數目和體積的信息。
有人說,
微納米氣泡表面有負電位,真實就是這種Zeta 電位。
微納米氣泡和膠體顆粒的性質相同,在表面都市構成一層電位,這種電位在物理學上有專門的稱號,叫Zeta 電位。Zeta 電位岑嶺是氣泡直經在10-30微米時。在氣泡直經減小小時有電位篩選的傾向。
因為疏散粒子表面帶有電荷而招引四周的反號離子,這些反號離子在兩相界面呈分散狀況分布而構成分散雙電層。測量Zeta 電位的方法重要有電泳法、電滲法、活動電位法和超聲法,此中電泳法使用最廣。測量
微納米氣泡Zeta 電位可使用Zeta 電位分析儀。