[发明专利]一种产生界面和/或体相纳米气泡的方法

说明书

本发明涉及一种产生界面和/或体相纳米气泡的方法，其中，在液态的反应介质的液面处的压强不高于一个大气压的情况下；采用减压脱气后恢复常压的方法，使得原本未被气体饱和的反应介质中出现区域过饱和现象，继而使得气体达到一定的饱和度后凝聚成核；以疏水性基底为载体时，疏水性基底作为成核位点，反应介质在疏水性基底上形成界面纳米气泡；以反应容器作为载体时，容纳于反应容器的反应介质的内部形成体相纳米气泡。根据本发明的方法，可以形成干净的界面或体相纳米气泡，具有很好重现性，操作简便。通过改变压强的大小和反应时间可以控制纳米气泡的体积和数目。

技术领域

本发明涉及物理化学中的纳米气泡，更具体地涉及一种产生界面和/或体相纳米气泡的方法。

背景技术

目前，纳米气泡的存在已引起科学界的极大关注，由于它们的存在可能对多个领域带来影响，越来越多的研究小组开始对其进行科学研究。实验表明，界面或体相中存在的纳米气泡将使整个体系发生很大变化。纳米气泡可能是以下现象的起源，如两个疏水表面相互靠近时产生的神秘长程引力，胶体的稳定性，矿物的浮选，微液体在输运过程中在界面上发生的较大滑移，蛋白质的快速折叠等等。另外，纳米气泡在表面的吸附和演化可能会影响一些器件的制备过程，如生物芯片和生物传感器的制备。同时，气体在界面吸附的研究也开拓了新的应用领域，如不用洗涤剂的表面清洗，以气泡作为微流通道的开关和纳米器件的设计，超声诊断和局部药物的传输与释放等等。

然而，在理论上还很难解释纳米气泡的稳定存在。根据经典热力学的解释：气泡的体积越小，内部的压力就越大，而压力大必然导致气泡破裂。例如直径为10nm的气泡，根据Laplace方程计算出的它的内部压力为144atm(1.44×10⁷Pa)(一个大气压＝1bar)，这么高的内部压力使得气泡瞬间就会消失。另外，根据分子动力学模拟研究，室温下水中纳米气泡的存在时间仅为几个到几百个皮秒，在实验中往往是观察不到这么短时间内存在的纳米气泡。但近十年来已经有很多研究小组用原子力显微镜直接观察到了固液界面上的纳米气泡，这为纳米气泡的存在提供了直接证据。另外，利用冷冻刻蚀方法和中子衍射方法也预测出了纳米气泡的存在。所以，要系统、深入地研究纳米气泡，解决理论与实验的不一致，必须先建立一种简便的、可控的方法来形成和深入研究纳米气泡的稳定机制。目前大多数研究组都是事先用自组装膜或聚合物将表面进行疏水化处理后浸入水中观测纳米气泡在界面上的吸附的。这种化学修饰的表面极易受具体修饰过程的影响，必然造成表面物理或化学性质的不均一性，不稳定性，如自组装膜在水中的重排易造成实验假像和实验的不可控性，进而导致实验的重复性差。另外，制备纳米气泡的过程中引入大量其它组分如自组装膜、聚合物等容易造成污染，使得实验中观察到的“气泡”不能保证确实是空气气泡。所以单纯利用上述方法根本不可能对纳米气泡进行准确的定量研究。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法对纳米气泡进行系统研究的问题，本发明旨在提供一种产生界面和/或体相纳米气泡的方法。

本发明所述的产生界面和/或体相纳米气泡的方法，其中，在液态的反应介质的液面处的压强不高于一个大气压的情况下；采用减压脱气后恢复常压的方法，使得原本未被气体饱和的反应介质中出现区域过饱和现象，继而使得气体达到一定的饱和度后凝聚成核；以疏水性基底为载体时，疏水性基底作为成核位点，反应介质在疏水性基底上形成界面纳米气泡；以反应容器作为载体时，容纳于反应容器的反应介质的内部形成体相纳米气泡。