科學家給出納米氣泡內部高密度的直接證據

2020-12-22 騰訊網

納米氣泡研究是一個新興研究領域。近年來，微/納米氣泡技術被視為一項顛覆性的創新技術並得到不斷發展，在水體綠色修復、水產養殖、農業種植，礦物高效浮選和健康養生等領域已有諸多成功案例。鑑於其廣泛的應用前景，我國於2018和2019年相繼成立中國顆粒學會微納米氣泡專業委員會和全國微細氣泡技術標準化技術委員會。

目前，「反常的界面潤溼行為和超高穩定性」這一納米氣泡基本科學問題還未得到合理解釋，獲知納米氣泡內部氣體的化學組分和存在狀態是理解該問題的關鍵之一。近日，中國科學院上海高等研究院上海光源科學中心和上海應用物理研究所等合作，利用同步輻射軟X射線吸收譜學和顯微技術揭示納米氣泡內部氣體以一種高密度狀態存在。

該研究通過軟X-射線透射成像技術（STXM）對電解水方法產生的氧氣納米氣泡進行測量，首次獲得單個納米氣泡的軟X射線吸收譜，進一步分析氣泡內部和其周圍水環境的近邊精細結構吸收譜，確認了納米氣泡內部的氣體分子呈現出一種新奇的「聚集態（dense gas）」，其密度高出空氣密度(1.25kg/m3)的幾十倍以上，在X射線的照射下也呈現出超常的穩定性；納米氣泡周圍水環境中的氣體濃度同樣超過熱力學平衡下的飽和濃度數十甚至上百倍，這顯示在一個受限空間下的疏水表面附近，氣體分子的聚集行為異於常理。該研究還採用分子動力學模擬對高密度納米氣泡的生成和穩定機制進行了探討。

該研究團隊曾於2008年分別通過理論解析和MD模擬預測，如果納米氣泡內部是高密度，它的壽命將大大增加（Science in China Series G: Physics, Mechanics & Astronomy2008, 51, 219-224；Chinese Physics B2008, 17(7), 2646-2654）。此次研究首次實驗證明納米氣泡內部可能存在高密度，有助於從分子水平上解釋納米氣泡的超高穩定性，充分理解其在各個領域中應用的相關效應。

相關成果以Ultra-high Density of Gas Molecules Confined in Surface Nanobubbles in Ambient Water為題在線發表於《美國化學會志》。上海光源科學中心周利民、王興亞為論文共同第一作者，上海高研院、上海應物所胡鈞、高興宇和張立娟為共同通訊作者。實驗數據分別在上海光源軟X射線譜學顯微線站，韓國浦項光源10A線站和加拿大光源SM線站採集並驗證。該研究得到韓國浦項加速器研究所、加拿大光源和加拿大阿爾伯塔大學幫助，以及國家自然科學基金委、國家重點基礎研究發展計劃和中科院資助。

納米氣泡的軟X射線透射成像、近邊吸收精細結構譜和內部氣體密度估算

來源：中國科學院上海高等研究院

相關焦點

  • 制微納米氣泡 同濟科研人員研發神奇「水龍頭」
    微納米氣泡作為一種綠色清洗技術，正從科學家的實驗室走進人們日常生活。上海同濟大學李攀科研團隊在潛心研發十餘年後，終於將原來複雜笨重的設備，變成了簡簡單單的一個水龍頭。只要安裝在自來水管上，普通自來水流出來的瞬間就會變成乳白色的微納米氣泡水。
  • 粉體百科|微納米氣泡的特性及應用
    1.微納米氣泡的特性存在時間長微納米氣泡由於自身體積很小，在水中所受浮力相應也很小，從而表現出上升緩慢的特性。微納米氣泡相對於普通氣泡擁有更小的直徑，因此它受到其表面張力的影響更大並且在促使其收縮，同時逐漸增大氣泡的內部壓力。當微納米氣泡的收縮達到某一極限值時，氣泡內部的氣壓將會趨於無限大，這種自增壓效應會使微納米氣泡溶於水或者在水面處破裂消失。通過上述過程，可以使得水中的氣體溶解率達到一種過飽和的狀態，實現了氣液傳質，同時產生較好的傳質效率。
  • 研究人員發現在水中產生納米氣泡的新方法
    微米大小的氣泡是直徑小於50微米（μm）的微小氣泡，微米（μm）等於一米的百萬分之一，它們具有許多工業應用，包括廢水處理。然而，由於內部氣體的快速溶解，微米級氣泡的尺寸減小，並最終在水下消失，這限制了它們的應用潛力。納米氣泡也是微小的氣泡，但是在納米級。
  • 微納米氣泡在水處理中的應用及其發生裝置研究
    1.5 產生自由基微納米氣泡不需要外界刺激即可產生自由基。微米氣泡在收縮時，由於雙電層的電荷密度迅速增高，氣泡破裂時，氣液界面消失的劇烈變化將界面上高濃度的正負離子積蓄的能量釋放，此時可激發產生大量的羥基自由基。羥基自由基具有超強氧化作用，可降解水中正常條件下難以降解的汙染物如苯酚等。
  • 微納米氣泡概述及水產養殖應用微納米氣泡曝氣技術增氧
    這些特徵主要決定於氣泡大小，因此許多學者把氣泡大小作為唯一分類標準。按照這個標準，氣泡被分為大氣泡、微米氣泡、亞微米氣泡或納米氣泡。雖然學者們對氣泡的大小範圍有不同看法，Temesgen等根據眾多文獻研究總結，直徑10μm～100μm為微米氣泡，1μm～10μm為亞微米氣泡，10nm～1000nm為納米氣泡。
  • 科學網—美科學家推導出核聚變「熱密度界限」方程
    核聚變遭難題 美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室的科學家在一項深入分析中，將目標鎖定於核聚變實驗中高溫帶電氣體——等離子體內那些微小的、如同氣泡的、被稱為島嶼的區域。這些島嶼含有能讓等離子體降溫的雜質。科學家認為，正是這些島嶼構成了人們熟悉的「熱密度界限」問題的基礎，它阻礙了核聚變反應堆最高效運行。
  • 研究人員發現一種可在水中產生納米氣泡的新方法
    微米大小的氣泡是直徑小於50微米（μm）的微小氣泡，微米（μm）等於一米的百萬分之一，它們具有許多工業應用，包括廢水處理。然而，由於內部氣體的快速溶解，微米級氣泡的尺寸減小，並最終在水下消失，這限制了它們的應用潛力。 納米氣泡也是微小的氣泡，但是在納米級。納米是一米的十億分之一，例如一個DNA分子大約2.5納米寬，人的頭髮約 60,000-100,000 納米寬。
  • 密度低、強度高、韌性好 我科學家研製出仿生結構新材料
    近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊發展了一種新型納米纖維仿生結構材料的製造方法，成功研製了一類天然納米纖維素高性能結構材料。該材料具有優異的綜合性能，密度僅為鋼的六分之一，而比強度、比韌性均超過傳統合金材料、陶瓷和工程塑料，這種新型全生物質仿生結構材料有望替代現有的工程塑料，具有廣泛的應用前景。
  • 納米氣泡盤的利弊有哪些 納米氣泡的應用範圍有哪些
    對於納米氣泡盤，相信很多的朋友們可能並不太了解，如今科學技術在不斷的發展，納米技術的應用在人們生活中也比較廣泛，很多的朋友們對於納米氣泡盤的優缺點可能並不太了解，那麼納米氣泡盤的利弊有哪些？納米氣泡的應用範圍有哪些？針對這個問題，下面我們來了解一下相關的知識吧。
  • 納米微氣泡水精靈増溢起波器廚房神器水龍頭微米氣泡發生裝置
    它們幾乎是人肉眼可見的最小尺寸（部分極小的氣泡甚至不可見）。它們在光的折射作用下，呈現出乳白色，因此俗稱「牛奶水」。因此即便使用了潔面用品，因為普通水氣泡較難進入毛孔深處，仍然清洗不徹底。納米超微氣泡僅10-50微米的小身材，可以非常輕鬆地進入毛孔內部，依靠負離子主動吸附帶有正電荷的汙垢，並隨著水流一起衝走。
  • 同濟團隊玩轉「水+空氣」魔法 研發「微納米氣泡」清潔技術
    據介紹，其強大的潔淨功能不僅可直接用於衝洗蔬果、潔面衝淋，在工業清洗方面也將一展所長。　　這「水＋空氣」的魔術，來自同濟大學環境科學與工程學院副教授李攀領銜的研發團隊，基於微納米氣泡技術的綠色清洗裝置，無論在能耗還是清潔指標方面均領先國際。
  • 利用熔巖中的氣泡預測古代大氣壓力
    同樣，擁有遠古時代的氣候數據可以幫助科學家了解僅分子成為生命時的環境條件。但是，沒有任何記錄，我們如何估計數百萬年前的氣候條件？科學家試圖回答這個問題的一種方法是使用代理。代理人是史前狀況的任何間接指標。氣候科學中的代理通常是一個保存對象，它是所研究時間段的特徵。在這種情況下，科學家就是偵探，將證據拼湊起來，描述沒有直接目擊的事物。
  • 原理篇:超氧納米微氣泡系列產品
    也就是說氣泡裡面含有的空氣越少的話，它的浮力也會越小，上浮速度也會越慢，而當氣泡小到人眼都看不到的納米級別的話，它的浮力基本小到幾個月都無法浮到水面了，所以我們也可以得到第二個結論，納米微氣泡懸浮在水中，很難浮到水面上去爆裂。
  • 談微納米氣泡的除菌功效-2
    上篇我們以一個簡單的實驗說明了微納米氣泡確實是具有除菌功效的，很多人想知道微納米氣泡是如何使用的？它的原理和使用方法與酒精、84消毒液是相同的嗎？今天就給大家仔細說一下微納米氣泡的使用方法。微氣泡的吸附作用由於微納米氣泡是通過深層清潔作用而去除細菌的，所以微納米氣泡的使用方式主要是用來洗滌。
  • 「水科技」微納米氣泡快速發生裝置在高難降解廢水中的應用
    但是，由於臭氧遇水極不穩定，使其利用率不高，致使成本過高。因此，提高臭氧的利用率和氧化能力迫在眉睫。微納米氣泡快速發生裝置可使臭氧以微納米氣泡形式存在於水中，不僅可提高臭氧的利用率，還可進一步提臭氧的氧化能力。微納米氣泡快速發生裝置的誕生填補了該行業的空白，為臭氧的應用拓寬了更為廣闊的渠道。
  • 我國科學家拍攝到水分子內部結構(圖)
    以前，科學家一般選取的是以金屬作為襯底，把水直接放在金屬上進行觀察，但由於水分子和金屬之間有很強的相互作用，水分子的軌道往往會被金屬的電子態所淹沒，所以此前世界各國的科學家拍到的水分子照片，最多只是模糊的外形——「一個沒有任何內部結構的圓形凸起」。
  • 納米氣泡我只需一個水泵就夠了
    納米氣泡絕對個好東西，了解過的人都知道，不了解的朋友可以百度搜索「微納米氣泡」。特別在水產養殖、果蔬清洗、美容護膚、水環境保護、汙水處理方面效果特別好。納米氣泡噴入水中成乳白色納米氣泡這麼好但發生器的價格不便宜，今天小編就告訴大家只需一種水泵輕輕鬆鬆產生納米氣泡，而它的價格又不貴。
  • 超氧納米微氣泡的七大「超能力」
    單獨的微氣泡，微不足道，但是當大量的微氣泡聚集到一起的時候，一切就都不一樣了！大量的微氣泡增加了空氣與水的接觸面積，也改變了原來水分子團的形態，原本平平無奇的普通水便擁有了神奇的「超能力」。這個時候，微氣泡的強大作用就顯現出來了，憑藉小於50微米的嬌小身材，微氣泡可以非常輕鬆地進入毛孔內部，吸附毛孔內的髒汙及皮膚代謝物並浮出，隨著水流一起衝走。
  • 談微納米氣泡的除菌功效-1
    答案就是微納米氣泡。大部分人所知道的微納米氣泡最初是使用在工業汙水處理，但大家有所不知的是，微納米氣泡技術還被使用在醫療、美容、果蔬養殖等重要領域…… 言歸正傳，微納米氣泡為什麼具有消除細菌的功效呢？主要是因為微納米氣泡存在水中與水分子團摩擦使氣泡表面帶有負電荷，對帶有正電荷的髒汙、細菌等就會產生吸附作用，當水中含有大量微氣泡時，其對髒汙及細菌的吸附與清除效果是不容小覷的。
  • 創新微納米氣泡環保清潔技術進入中國市場
    微納米氣泡，又稱微氣泡、超微細納米氣泡等，具有清潔性和殺菌性，是創新環保清潔新技術。微納米氣泡清潔技術微納米氣泡早在日韓等國有所應用，特別是在水體汙染處理、水產養殖、蔬菜養殖等方面。近年來通過不斷研究，終於研發出民用微納米氣泡產品。