不同含氣量水溶液替換法產(chǎn)生納米氣泡及其物理特性的研究.pdf

1、界面現(xiàn)象與我們的生活息息相關(guān)，有關(guān)界面問(wèn)題的研究一直以來(lái)是科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。由于水是我們?nèi)粘Ｉ钭畛Ｒ?jiàn)的液體之一，對(duì)于界面水性質(zhì)的研究更為引人注目。固液界面存在納米氣泡最初來(lái)源于人們研究表面疏水長(zhǎng)程引力的作用機(jī)制。在經(jīng)典熱力學(xué)理論中，室溫下水中納米氣泡被認(rèn)為是不能穩(wěn)定存在的。近年來(lái)隨著對(duì)疏水表面研究的深入，越來(lái)越多的現(xiàn)象暗示固液界面存在納米氣泡，科學(xué)家通過(guò)中子衍射、表面力測(cè)量?jī)x以及原子力顯微鏡等手段證實(shí)了納米氣泡的存在，特別是利

2、用原子力顯微鏡對(duì)納米氣泡進(jìn)行成像的研究，直接確證了納米氣泡在界面相的廣泛存在。
　　目前直接探測(cè)固液界面納米氣泡的最有力手段是原子力顯微鏡(AFM)。在用AFM對(duì)納米氣泡成像時(shí)，通常選用表面較為平整的基底。主要有高序熱解石墨(HOPG)，云母，金，聚苯乙烯薄膜，以及修飾過(guò)的硅。當(dāng)前，關(guān)于納米氣泡的生成方法已經(jīng)得到了廣泛的研究，例如直接浸漬法，快速加熱法，電化學(xué)法以及不同溶液替換法等。其中，溶液替換法是近年來(lái)研究的最多的一種方法。最

3、初提出的醇水替換法，由于其高度可重復(fù)性，且能在不同的基底上產(chǎn)生大量納米氣泡而被廣泛研究。在醇水替換的基礎(chǔ)上，科學(xué)家又采用其他有機(jī)溶劑與水替換，發(fā)現(xiàn)也能夠產(chǎn)生納米氣泡。然而，由于有機(jī)溶劑具有一定的缺陷和局限性。首先，這種方法不能應(yīng)用在一些重要的可溶于有機(jī)溶劑的基底上，例如有機(jī)涂料或生物膜。其次，由于有機(jī)溶劑的存在，極易引入雜質(zhì)。因此，為了克服上述缺點(diǎn)，有必要找到新的制備納米氣泡的方法。水-鹽水替換法以及溫差法的提出，為納米氣泡的生成方法打

4、開(kāi)了一個(gè)新的思路。
　　由于這兩種方法沒(méi)有有機(jī)溶劑，不會(huì)帶入有機(jī)雜質(zhì)。而且比較發(fā)現(xiàn)，這兩種方法都是采用含氣量較低的溶液（分別為鹽水，熱水）替換含氣量較高的溶液（分別為水，冷水）產(chǎn)生納米氣泡。近來(lái)有一些研究表示，氣體的過(guò)飽和并不是生成納米氣泡的必要條件，主要受到溫度和氣體溶解量?jī)蓚€(gè)因素的影響。由此推斷，對(duì)于非飽和的系統(tǒng)，納米氣泡也有可能生成。在本論文中，主要是通過(guò)不同含氣量的水溶液進(jìn)行替換來(lái)產(chǎn)生納米氣泡。結(jié)果表明，用不同含氣量的水溶

5、液進(jìn)行替換時(shí)，一定含氣量差異的存在可以在疏水的HOPG表面生成納米氣泡。通過(guò)對(duì)不同掃描參數(shù)，不同的掃描模式以及針尖對(duì)氣泡的影響得出生成納米氣泡的可能條件，證實(shí)了納米氣泡的存在。通過(guò)不同含氣量水替換法產(chǎn)生納米氣泡，隨著含氣量差值的增大，氣泡數(shù)量也逐漸增大，粒徑反而逐漸減小。為了更好地研究不同含氣量水溶液替換法產(chǎn)生納米氣泡的性質(zhì)，我們還對(duì)氣體的總體積進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著含氣量差值的增大，每平方微米下的氣體總體積也增大。說(shuō)明含氣量差值越

6、大的溶液在替換過(guò)程中，所釋放的氣體量越多，納米氣泡也就越容易生成。
　　在保持相同含氣量差值的情況下，我們還研究了不同含氣量的水溶液替換對(duì)產(chǎn)生納米氣泡的影響。結(jié)果表明，在含氣量差值相同的情況下，含氣量越大的水溶液替換時(shí)所產(chǎn)生的納米氣泡數(shù)量越多，單位面積上所產(chǎn)生的氣體總體積也越大。但其影響作用要比不同含氣量差異的影響作用要小得多。
　　實(shí)驗(yàn)還探究了不同條件下納米氣泡的生成，發(fā)現(xiàn)疏水的HOPG表面比親水的云母表面更利于納米氣泡的