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微納米氣泡超龜齡命原因原由分析

微納米氣泡的安定性不斷存在爭(zhēng)議，根據(jù)經(jīng)典的Young–Laplace公式，當(dāng)氣泡體積越小，表面張力越大，內(nèi)部壓力越大，內(nèi)部壓力大會(huì)驅(qū)動(dòng)氣泡內(nèi)氣體向液體分散溶解，表面張力友善體丟掉的成果負(fù)氣泡快速趨勢(shì)縮小甚至分裂散失。比如，當(dāng)氣泡直徑為159納米時(shí)刻，其表面張力為13.93mN/m，可發(fā)生約莫452kPa的壓力，相等于4.5個(gè)大氣壓。多么高的內(nèi)壓現(xiàn)已抵達(dá)氣泡快速分裂的環(huán)境。理論上微納米氣泡不大約永劫間存在，但很多研討創(chuàng)造微納米氣泡的壽數(shù)十分長(zhǎng)。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(jù)評(píng)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(gè)重要特色是有一個(gè)規(guī)范領(lǐng)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(gè)領(lǐng)域有必定改變。趕過這個(gè)領(lǐng)域，如極小微納米氣泡，仍舊切合快速分裂的特色，趕過這個(gè)領(lǐng)域，恰利益于經(jīng)典氣泡具有緊縮趨勢(shì)的領(lǐng)域。

不同規(guī)范氣泡的特色

微納米氣泡超龜齡命的原因原由有三個(gè)假說。一種觀念認(rèn)為，微納米氣泡沒有抵達(dá)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(rèn)為，微納米氣泡是一種動(dòng)態(tài)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(gòu)成和舊的氣泡不斷散失，兩者抵達(dá)均衡狀況。第三種觀念認(rèn)為，Young–Laplace公式對(duì)微納米氣泡不實(shí)用，因?yàn)槲⒓{米氣泡表面張力遭到界面曲度和內(nèi)部氣體壓力影響十分大。如微納米氣泡內(nèi)壓力只要1.4個(gè)大氣壓，遠(yuǎn)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(dòng)影響相對(duì)很大，導(dǎo)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(huì)上升，因?yàn)檫@種氣泡的浮力小于液體活動(dòng)發(fā)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(guān)于微納米氣泡內(nèi)壓，一些科學(xué)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(duì)失落。微納米氣泡內(nèi)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(dòng)力學(xué)仿照也創(chuàng)造，微納米氣泡內(nèi)壓力遠(yuǎn)低于Young–Laplace公式的理論策畫值。Seung Hoon Oh等舉辦的氫氣汽油內(nèi)微納米氣泡的分析創(chuàng)造，氫氣微納米氣泡壽數(shù)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(cè)呈負(fù)電，內(nèi)側(cè)呈正電。彎曲液體表面能發(fā)生電荷是因?yàn)樗肿硬季只蚍蛛x性。電荷架空和表面張力效果傾向相反，具有失落內(nèi)壓和表面張力的效果。任何能增加負(fù)電荷的物質(zhì)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(shí)后直徑只要73納米，是因?yàn)槎趸細(xì)馀萁缑嬗懈邼舛忍妓岣x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(nèi)電子密度接近為零），也能阻止氣泡融合。分析創(chuàng)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(nèi)構(gòu)成過高壓，能篩選氣體因高壓向液體中溶解，阻止氣泡發(fā)生崩解。氣泡抵達(dá)均衡是安定的根柢，那么表面電荷密度對(duì)安定性是必要的。當(dāng)微納米氣泡發(fā)生緊縮時(shí)，電荷密度隨之增加，在這個(gè)進(jìn)程中，電荷密度，電荷是負(fù)氣泡擴(kuò)張的效果。縱然在均衡狀況，氣泡內(nèi)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。