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，有關界面問題的研究一直以來是科學家們研究的熱點和難點。由于水是我們?nèi)粘Ｉ钭畛Ｒ姷囊后w之一，對于界面水性質(zhì)的研究更為引人注目。固液界面存在納米氣泡最初來源于人們研究表面疏水長程引力的作用機制。在經(jīng)典熱力學理論中，室溫下水中納米氣泡被認為是不能穩(wěn)定存在的。近年來隨著對疏水表面研究的深入，越來越多的現(xiàn)象暗示固液界面存在納米氣泡，科學家通過中子衍射、表面力測量儀以及原子力顯微鏡等手段證實了納米氣泡的存在，特別是利

2、用原子力顯微鏡對納米氣泡進行成像的研究，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對納米氣泡成像時，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，以及修飾過的硅。當前，關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，電化學法以及不同溶液替換法等。其中，溶液替換法是近年來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。在醇水替換的基礎上，科學家又采用其他有機溶劑與水替換，發(fā)現(xiàn)也能夠產(chǎn)生納米氣泡。然而，由于有機溶劑具有一定的缺陷和局限性。首先，這種方法不能應用在一些重要的可溶于有機溶劑的基底上，例如有機涂料或生物膜。其次，由于有機溶劑的存在，極易引入雜質(zhì)。因此，為了克服上述缺點，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、開了一個新的思路。
　　由于這兩種方法沒有有機溶劑，不會帶入有機雜質(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。近來有一些研究表示，氣體的過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兩個因素的影響。由此推斷，對于非飽和的系統(tǒng)，納米氣泡也有可能生成。在本論文中，主要是通過不同含氣量的水溶液進行替換來產(chǎn)生納米氣泡。結(jié)果表明，用不同含氣量的水溶

5、液進行替換時，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。通過對不同掃描參數(shù)，不同的掃描模式以及針尖對氣泡的影響得出生成納米氣泡的可能條件，證實了納米氣泡的存在。通過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)，我們還對氣體的總體積進行了計算，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。說明含氣量差值越

6、大的溶液在替換過程中，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。
　　實驗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