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(gè)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(méi)有完全了解它.在水的研究中，界面水的性質(zhì)一直是一個(gè)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(cè)來(lái)自于表面疏水長(zhǎng)程引力作用機(jī)制的研究。首先表面力裝置的測(cè)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(lái)。然后，膠體探針AFM的應(yīng)用探測(cè)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(shí)，大量報(bào)

2、道指出疏水長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(méi)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(cè)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(shí)，有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)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(duì)于基礎(chǔ)研究和諸多應(yīng)用學(xué)科來(lái)說(shuō)，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(wèn)題密切相關(guān)。納米氣泡存在導(dǎo)致的另一個(gè)重要結(jié)果是流體界面滑移現(xiàn)象，從而大大減少了流動(dòng)阻力，這在微觀流體力學(xué)中是一個(gè)不容忽視的重要因素。但是，目前對(duì)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(duì)納米氣泡在生物科學(xué)與表面和界面科學(xué)領(lǐng)域兩個(gè)方面進(jìn)行了一些初步的應(yīng)用研究，并取得了以下幾個(gè)有意義的結(jié)果： (1)本論文主要通過(guò)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(duì)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(duì)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(lái)源應(yīng)該是水中納米氣泡以及附著在納米級(jí)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(duì)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(duì)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