大的麻烦小气泡

你可以把这称为焦虑。Nanobubbles比细菌小,空除了最小的气体。但他们引起什么轩然大波。

争议的原因很简单:他们不应该存在。这些小气泡表面麻点的固体浸入水中,太小,在一个普通的光学显微镜,似乎违背常规的液体。他们应该在瞬间消失,然而他们持续地数周。即使是现在,十多年以来他们第一次看到,没有人知道为什么¹。

一些研究人员认为他们是海市蜃楼,其他工件安装的实验研究。或者他们是一个外来的物质形式,没有蒸汽但不是液体。或者他们armour-coated分子,防止自己的灭亡。有人怀疑nanobubbles可以无处不在,不仅装修水表面散装液体,或许不断出现在我们的细胞,他们可能有生物的后果。在任何情况下他们可能有用的属性,杀死肿瘤细胞或储存气体,所以nanobubbles是一个值得解决的难题。

触犯了法律

Nanobubbles在1994年被首次提出菲尔Attard堪培拉澳大利亚国立大学和他的同事们。²他们试图理解深深令人困惑的事实两个疏水表面水吸引相当长的距离:几百纳米,远远大于一般的分子间作用力。Attard和他的同事们指出,泡沫几十或几百个微米-太小看到可能附着在表面,也许由溶解气体。表面的方法,这样的泡沫可能会突然桥,桥接半月板的表面张力会将表面在一起。

的想法终于看起来像2000年实验验证,当两组Ko Higashitani在日本京都大学和拼贴,³和中国科学院的师涛卢在上海和同事⁴——独立报道孤立、循环特性与半球形横断面图可见原子力显微镜(AFM)在固体表面的水,他们betway必威游戏下载大全解释为个人nanobubbles。

唯一的问题是,这并没有意义。是稳定的,泡沫机械平衡:内部的压力必须平衡,在外面。这并不意味着两个压力本身是相等的:相反,内部压力大于外部由一个正比于液体表面张力和气泡半径成反比,首次推导出的关系托马斯年轻和皮埃尔西蒙拉普拉斯在19世纪早期。所以半径越小,内部压力越大。为nanobubble这意味着内部压力应该是巨大的——这反过来意味着里面的气体应该迅速扩散穿过界面进了水,泡沫会溶解。100 nm -半径泡沫,在此基础上,将存活了不到一毫秒的时间。然而他们似乎坐,可见几个小时,几天,甚至更长时间。

出于这个原因,早期的观察nanobubbles被广泛了。怀疑是blob中可见AFM必须某种表面的污染物。在持怀疑态度的人是化学工程师威廉潜水者地面部队专家工作在澳大利亚墨尔本大学,现在在布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学。2007年,他开始用他自己的话说,“证明他们不存在”。与他的同事集张他用光谱探测器的状态这些假定的nanobubbles是由时间组成的。⁵如果它真的是一个气体,他们应该能够看到分子的光谱指纹旋转。但如果是一些表面污染物betway必威游戏下载大全的特性,任何旋转停止或者至少应该很受阻。

令他们吃惊的是,潜水鸟和张发现nanobubble材料确实似乎是气态的,和令人惊讶的是有一个压力接近大气,而不是高得多。他们别无选择,只能得出这样的结论:nanobubbles确实存在。最后一个必须改变一个人的意见时,证据表明显然在另一个方向,潜水者说。根据文森特·克雷格澳大利亚国立大学,这些测量的证据表明,人们需要的最后一块。张医生说,“我们发表这篇论文后,越来越多的研究人员开始接受表面nanobubbles是真实的。

生存策略

所以他们怎么生存?潜水者表明,泡沫的空气与接口应该作为一种吸引各种溶解污染物:任何疏水性分子应该在那里住宿,就像碳氢化合物分子在水表面膜积累。这涂层既能降低表面张力,根据Young-Laplace方程也降低了内外压差泡沫,同时降低气体扩散的界面。

但Detlef Lohse专家在荷兰特文特大学的流体动力学,认为这些表面nanobubbles并不处于平衡状态。相反,他建议他们经常被喂食了溶解气体来补充,解散了,像一个湖保存在一个稳态传入流代替水通过蒸发损失。合作迈克尔·布伦纳Lohse哈佛大学开发了一种理论,气体吸附在薄膜表面上的水下疏水表面横向流入nanobubble,气体分子在液体中释放出来的泡沫。⁶的想法是,出流的气体通过拉普拉斯压力补偿一些流入接近泡沫和表面的接触线,“Lohse解释道。这个模型表明nanobubbles应该首选大小:小于这个尺寸会成长,很多人将萎缩。这种偏好确实在一些实验,但不是全部。

克雷格和张都承认自己是不舒服的所有当前解释nanobubble稳定。我不能看到一层薄薄的污染物能够完全防止气体传输,”克雷格说。此外,潜水者本人,与张和其他人合作,最近报道说,添加表面活性剂解决方案支持nanobubbles石墨不改变他们的稳定性。然而,表面活性剂能够‘干净’解决方案通过清除任何有机污染物。“这真的在我的假说提出了质疑,“潜水者承认。

Lohse更明确的:“我认为有一个共识,这不是污染,答案是,“他说。然而,他的动态解释也有问题。特别是,很难了解气体流动的泡沫可能会持续很长时间。为模型的工作,泡沫体积必须翻100万倍的速度每秒,”克雷格说。“我的直觉不舒适。都是他说服了三分之一的解释,最近被张先进和其他人来说,认为nanobubble的边缘,它满足了表面,被“固定”,所以,任何气体损失会减少曲率和稳定而不是破坏泡沫。“我希望我能提供另一种解释,”克雷格悲伤地承认。潜水者怀疑Young-Laplace方程本身分解这些非常小的鳞片。目前,然而,它仍是一个谜,为什么nanobubbles持续下去。

泡沫在太空

迄今为止,大多数工作nanobubbles研究固体表面。但是最近研究人员已经开始怀疑,如果他们可以在这里不知怎么的稳定对Young-Laplace方程似乎威胁的破坏,也可能不会发生在本体溶液吗?可以自由浮动nanobubbles形式和生存?

2010年夫妇Ohtaki在日本大阪大学和他的同事们报告的第一个明显的证据。他们过饱和水氮、甲烷或氩,激动,然后迅速冻结。电子显微镜的骨折冰冷的样本显示,他们充满泡沫状的空洞直径约100海里,即使在解决方案已经站了两个星期。⁸虽然这项工作仍然是有争议的,其他人已经声称看到nanobubble-like特性冷冻断裂汽水,包括从污水处理厂污水流出。betway必威游戏下载大全

同时,克雷格遇到诱人的证据在旧文学,大部分nanobubbles可能产生的液体。1962年,两名核科学家在意大利,丹尼尔Sette佛朗哥Wanderlingh,在超声波的使用使泡沫——普通,可见泡沫-水。他们发现,如果把一个铅屏在示例中,所需要的阈值能量产生空化,使气泡上升明显,但只会逐渐在一段十个小时左右。⁹铅屏是防止宇宙射线,特别是宇宙射线中子,进入样品。但如果中子本身引发泡沫的形成,应该或多或少的瞬时的影响。也许,克雷格表明,中子而成核nanobubbles长寿命,进而通过超声波播种泡沫的形成。

如果很难算出如何稳定,表面nanobubbles散装nanobubbles构成更大的挑战。首先,大部分nanoubbles将球而不是半球形帽,所以他们会比表面更高度弯曲nanobubbles相同的体积。并没有足够通常是有机污染物高浓度的“盔甲”nanobubbles Ohgaki和他的同事们。但Lohse和他的同事詹姆斯Seddon和Joost Weijs提出了高浓度的散装nanobubbles可以彼此“盾牌”通过保持周围的液体高度过饱和气体,减缓相互的气体损失。¹⁰超过一定浓度,正大力便宜比溶解气体分子聚集在一起,“Lohse解释道。他们的计算机模拟支持这一想法。

泡沫在行动

如果宇宙射线能泡核nanoubbles,我们应该让他们在我们的含氧血液。但是我们不会注意到呢?如果我们正在与nanobubbles里面走来走去,我不认为它会引起很大的问题,因为他们似乎不活跃和不动,”克雷格说。然而,有一个可能的例外:减压病,nanobubbles可以泡核大,更多的问题,。“减压病症状出现更强烈的身体锻炼的一部分,”克雷格说。所以小肌肉的眼泪可能导致生产的疏水表面维持nanobubbles后来导致减压病。”

这和其他可能的生物nanobubbles的角色¹保持目前的猜测。但是,如果他们可以生产订单在表面或解决方案,他们可以找到很多用途。Nanobubbles稳定聚合物已被用作小胶囊运输抗癌药物阿霉素在肿瘤,公布了在药物使用超声波气泡破裂。使用激光生成和释放的能量爆炸nanoubbles曾于2010年在休斯顿莱斯大学的一个小组,德克萨斯州,在鱼类破坏肿瘤。

如果他们是真实的,大部分nanobubbles将提供一个很好的方法来加载与气水。帮派锅北京中国科学院希望利用提供氧气自然水域,它耗尽了富营养化引起的赤潮。锅已经研制出一种加载粒子与氧气nanobubbles多孔天然粘土。当扔进湖里,粘土然后下沉至底部,缓慢释放氧气。更少的能源密集型的方法,更有效,比直接注入氧气的湖床上,潘说。他已经展示了其潜在的逆转在太湖湖缺氧,上海附近,再生清澈湛蓝的美丽的水。¹¹中国地方政府已经投资在发展中这种技术的水资源保护,”潘说。

所以也许我们不需要完全理解的看似不可思议的稳定性nanobubbles之前我们可以利用他们。尽管如此,我们知道如何以及为什么他们的形式,我们越可能有用的能够控制和调整过程结束。它非常值得的皮肤下这些神秘的小野兽。