溶解氣體和憎水界面納米氣泡的應(yīng)用與研究.pdf

1、水是我們居住的這個星球上最常見的液體，實(shí)際上它具有太多的奇特之處而人們目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完全了解它.在水的研究中，界面水的性質(zhì)一直是一個熱點(diǎn)和難點(diǎn)，固一水界面納米氣泡的存在使界面水的行為更加撲朔迷離。固液界面存在納米氣泡的推測來自于表面疏水長程引力作用機(jī)制的研究。首先表面力裝置的測定結(jié)果將疏水作用與固液界面可能存在微小的氣泡聯(lián)系起來。然后，膠體探針AFM的應(yīng)用探測到疏水作用的精細(xì)特征，為納米氣泡存在并引起疏水作用提供了重要的證據(jù)。同時，大量報(bào)

2、道指出疏水長程作用與表面的疏水程度、水是否脫氣以及水中溶解氣體的種類有關(guān)，溶液中粒子間的作用特征和譜學(xué)方法的測定結(jié)果也都在一定程度上支持納米氣泡的存在。但由于檢測手段的限制，納米氣泡的存在雖然有大量間接證據(jù)的支持，卻沒有得到直接的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。直到2000年至2001年，首批納米氣泡的原子力顯微鏡圖像發(fā)表，之后中子反射的測定結(jié)果也表明固液界面有氣體富集。這樣納米氣泡的存在就得到了直接的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。同時，有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)通過冷凍—抽真空—解凍的深

3、度脫氣法，可以除去溶液中的溶解氣體和納米氣泡。 對于基礎(chǔ)研究和諸多應(yīng)用學(xué)科來說，固體和水界面納米氣泡的存在都具有非常重要的意義。納米氣泡與表面和界面科學(xué)(如粘附、膠體穩(wěn)定)、生物學(xué)(如疏水相互作用、生物分子的吸附)和納米科技(如MEM3、微流體)等領(lǐng)域許多問題密切相關(guān)。納米氣泡存在導(dǎo)致的另一個重要結(jié)果是流體界面滑移現(xiàn)象，從而大大減少了流動阻力，這在微觀流體力學(xué)中是一個不容忽視的重要因素。但是，目前對于納米氣泡眾多相關(guān)應(yīng)用的研究還

4、是很少。本論文主要對納米氣泡在生物科學(xué)與表面和界面科學(xué)領(lǐng)域兩個方面進(jìn)行了一些初步的應(yīng)用研究，并取得了以下幾個有意義的結(jié)果： (1)本論文主要通過深度脫氣法，研究了在極端乏氧的環(huán)境中微粒分散體系中溶解氣體和納米氣泡對于缺氧條件下食蚊魚的影響，并采用原子力顯微鏡直接觀察到在固液界面上真空脫氣對納米氣泡的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1)固液界面上確有納米氣泡存在；2)真空脫氣可以使液體中固液界面上的納米氣泡消失；3)部分微粒分散體系可以提供充足的

5、可以被魚高效利用的納米氧氣泡。由此可以推論魚生存所需的氧氣來源應(yīng)該是水中納米氣泡以及附著在納米級顆粒表面的納米氣泡，且不同材料顆粒表面形成納米氣泡的能力也不同。 (2)本研究采用深度脫氣法對溶劑和分散質(zhì)顆粒進(jìn)行了處理，制備獲得了分散性好、較穩(wěn)定的殼聚糖溶膠和納米碳溶膠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶劑中溶解氣體和納米氣泡對膠體的分散度、穩(wěn)定性和電導(dǎo)率影響較大，去除兩者可以大幅提高膠體的分散度、穩(wěn)定性，溶膠的電導(dǎo)率平均可以增加30％～50％，且