压缩解压法在1-150巴压力范围内无法产生大量纳米气泡

本文探讨了通过压缩解压法在1-150巴压力范围内生成水-二氧化碳过饱和溶液中的纳米气泡。研究发现，该方法未能有效产生大量纳米气泡，可能由于污染物的存在影响了气泡的稳定性。

　　

文章内容

压缩解压法生成纳米气泡的研究背景

纳米气泡在液体中的存在一直是研究的热点。根据Epstein和Plesset的理论，微观气泡在水中的寿命通常在微秒到毫秒之间，具体取决于其初始直径。然而，最近的研究表明，长期存在的纳米气泡可能存在，尽管实验结果尚不明确，常因方法学上的不足或污染而受到质疑。

研究方法

本文采用压缩解压法生成纳米气泡，研究了水-二氧化碳过饱和溶液中纳米气泡的生成和稳定性。通过动态光散射（DLS）和丁达尔散射技术，评估了不同压力下生成的纳米气泡。

实验设计

实验装置包括一个充满去离子水的腔室，连接二氧化碳气体入口和水压泵。腔室内的压力通过传感器监测，材料选用耐腐蚀的不锈钢。通过调节压力从1到150巴，研究不同压力下的气泡生成情况。

结果与讨论

动态光散射（DLS）结果

DLS检测显示，在1-150巴的压力范围内，没有一致的纳米实体生成。这表明在该压力范围内，压缩解压法未能有效生成大量纳米气泡。

丁达尔散射结果

丁达尔散射观察到在较高压力下，散射强度有所增加，但这种增加仅限于前存在的污染物。这表明观察到的散射强度增加可能是由于纳米气泡在前存在的污染物上核化，而不是真正的纳米气泡生成。

污染物对气泡核化的影响

为了验证污染物的影响，实验中故意将去离子水污染以100纳米直径的聚苯乙烯颗粒。结果显示，在高压力下，含有污染物的样品在解压后显示出显著的散射强度增加，而纯去离子水则没有显著变化。这进一步支持了污染物在气泡核化中的作用。

高压和低压下气体的稳定性

研究还考察了高压和低压下气体过饱和溶液的稳定性。结果显示，高压下的溶液随时间表现出溶解现象，而低压下的溶液则保持稳定。这表明高压下的纳米气泡可能是气态的，而低压下的则不是。

讨论

本文的研究表明，压缩解压法在1-150巴的压力范围内未能有效生成大量纳米气泡。观察到的散射强度增加可能是由于前存在的污染物，而不是真正的纳米气泡生成。未来的研究应探索更高压力是否能促进均匀核化，增加悬浮液的浓度。

结论

本文通过实验证明，压缩解压法在1-150巴的压力范围内未能有效生成大量纳米气泡。研究结果表明，观察到的散射强度增加可能是由于前存在的污染物，而不是真正的纳米气泡生成。未来的研究应关注更高压力下的气泡生成机制，以更好地理解纳米气泡的稳定性和生成条件。

方法

材料

实验中使用的高纯去离子水和高纯二氧化碳作为生成水-二氧化碳过饱和溶液的介质。

纳米气泡生成协议

通过压缩和解压二氧化碳气体，生成水-二氧化碳过饱和溶液。实验过程中，确保腔室内的气体完全溶解于水中，以避免不完全溶解导致的误差。

平衡前的解压

在解压前，让二氧化碳气体在水中溶解至少120分钟，以确保达到平衡状态。通过磁力搅拌加速气体扩散过程，确保溶液均匀。

图像后处理算法

使用CMOS相机捕捉图像，通过高斯方程拟合数据，返回噪声和信号强度，提供测量的不确定性和检测限的估计。

资源可用性

本文的数据和补充信息可在文章中找到，更多数据可根据合理请求从主要联系人处获得。

致谢

感谢Thomas Schutzius教授的技术支持和讨论，以及瑞士国家科学基金会的资助。

作者贡献

Thomas Schutzius提供了科学指导并监督研究，S.R.I.设计了实验并进行了数据分析，其他作者参与了实验实施、理论模型构建和论文撰写。

利益声明

作者声明没有竞争利益。

补充信息

补充信息包括实验数据和图表，可在相关链接中下载。