作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 压力容器钻机示意图
(一)四个主要部分是气体供应器、分配终端、测压元件本身和温度调节夹套
高纯度(N5级)气体(甲烷和O2)供应至0
通过分配终端的34升、200巴额定不锈钢和摇臂式容器，通过质量流量控制器和加载去离子水的容器中气体加载的精确测量，在吹扫所需气体之前进行管线清洗
该系统在恒定体积模式下运行，当达到所需压力(~90巴)时，入口阀关闭，在实验期间，每秒钟以数字方式记录压力
温度控制系统在容器周围的夹套中运行(保持在20℃)
一个60V的DC电流源通过护套电线(防止电线与水直接接触)引入一个三维印刷塑料(B)，水平安装的支架浸入水中
(图片来源:Mohammad Reza Ghaani
)学分:科学进步，doi: 10
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aaz0094 纳米气泡可以作为纳米尺度的气体域存在于固体表面或大块液体中
由于长期(亚)稳定性和实际应用的潜力，这一现象引起了广泛关注
在一份新的报告中，穆罕默德·雷扎·加尼和一组爱尔兰和加拿大的化学和生物过程工程研究人员使用了一种新的方法来探索静电纳米气泡形成的表面
他们通过在气-液系统中施加外部电场来观察大量气体以纳米气泡的形式吸收到液体中，从而观察到结构的稳定性
在持续数月的时间内，气体溶解度从2
氧气是5倍，甲烷是30倍，基于气体溶解度的亨利定律值
e
，气体越疏水，吸入量越大
使用分子动力学解决方案
揭示了铌的运动来源于介电泳，而铌的稳定性来源于表面极化相互作用
这项工作现在发表在《科学进展》杂志上
纳米气泡是纳米级的气态形式，可以存在于固体表面或散装液体中
由于不断的搅动和宇宙辐射，大部分水溶液中可能存在大量的纳米粒子，这在纳米尺度的清洗、控制微流体中的边界滑移、废水处理、异凝作用和医学等应用中引起了极大的关注
科学家将铌的长期存在归功于气泡/液体界面负电荷的积累和表面强的电子亲和力
与纳米粒子的直径无关，水中纳米粒子之间的相互排斥力大到足以阻止聚结并减缓浮力的上升
科学家可以在表面活性剂存在的情况下调节纳米粒子的大小，并将所得的涂层气泡用作超声波造影剂或用于靶向药物输送
在这项工作中，加尼等人
解决了控制铌的酸碱度、离子和磁场敏感性的基本因素，包括表面静电
他们的目标是确定外部施加的电场是否能够操纵、支配、控制和增强铌的形成
如果这种外力有影响，他们会研究它们的能量消耗和电致变化
当研究小组使用低电能时，他们观察到亚稳态NB气体在水中的适应性大规模快速增强
科学家们研究了NB生成的第一个研究结果是发生在整体液体中还是在液体界面上，并使用整体探测NB检测/诊断工具确定了这种现象是由整体NB引起的
气体吸收作为时间的函数
显示了在60伏(平均场强为12千伏/米)下氧气(A)和甲烷(B)的结果，表示为它们各自HLC的倍数(右轴)，在约90巴的主要背景压力下以克/升(左轴)表示；不到3小时内出现停滞
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aaz0094 该团队首先将去离子水放入压力容器中，并注入纯气体至约90巴，关闭容器并调节系统温度
当该装置在两小时内达到亨利定律的气体溶解度水平时，他们使用60 V直流(DC)电源在液态水内部激活了外部持续的静电场
在三个小时或更短的时间内，他们在水中实现了显著提高的气体吸收平台，并注意到在NB形成期间，气体分子从液体中的主体气相形成，导致压力下降
相比之下，利用电场形成纳米粒子所需的能量极低，表明能量效率极高
例如，形成NBs所需的能量等于0
3W/m3小时；远低于废水处理行业等先进系统(约40w/m3)
此外，虽然废水曝气通常允许约1至2毫克/升的溶解氧，但研究小组用亚稳定数月的NBs实现了约25至35毫克/升的溶解氧
利用非平衡分子动力学(NEMD)加尼等人
然后探索了在水中实验观察到的惊人的气体调节增加背后的分子机制
气体的疏水性越强，电场效应就越明显，从而放大了大量增加的形成块状丁腈橡胶的能力
结果还表明NB的形成可能受动力学控制
在NEMD通过施加静电场形成NB并随后提高稳定性
从水(顶部)中的单独溶剂化的丙烷分子开始，现场应用导致NB的形成:下图显示了现场3 ns内的NBs
5伏/纳米)
(二)气泡表面积向水分子的演化；提高NB稳定性是显而易见的—1
5伏/纳米容易促进铌的形成，具有较高的表面积，稳定超过10纳秒
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aaz0094 该小组接着对水中的丙烷和甲烷进行了NEMD(非平衡分子动力学)模拟，并观察到两种气体的类似结果
在模拟过程中，Ghaani等人
应用了比实验中使用的强得多的外场，以最小的信噪比观察可信的结果，超过百万个原子NEMD，跨越数十纳秒
在模拟中，更强的电场促进了NB的形成，并且具有更高的表面积
由于长寿命铌的稳定性是众所周知的，研究小组研究了野外移除和暴露于环境压力后铌的亚稳定性
为了了解纳米粒子是位于表面还是大量分布，研究小组使用了色散光散射(DLS)作为大量探测方法，并检测了整个液体中的纳米粒子
然而，科学家们还注意到，在施加电场后，系统中的聚四氟乙烯表面出现了异常短暂的微观到宏观尺寸的气泡，这些气泡是由纳米到微米尺度的气泡成核产生的
Ghaani等人
观察到过量的氧气、水/气体使气泡在6小时内机械不稳定，而在6至50小时后出现有限的大气泡损失
四个月后，用DLS(色散光散射)测量，剩余的纳米粒子尺寸增大
通过动态光散射进行NB检测(Malvern Zetasizer Pro)；这利用了穿过样品溶液的激光散射的波动
所有测量都是在减压和现场移除后12至24小时后进行的
为了获得更好的准确度，在三个样品上重复测量三次
除了在没有场的情况下，还用相同的实验过程测量对照样品
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aaz0094 通过这种方式，穆罕默德·雷扎·加尼和他的同事们观察到了大量NB形成的第一个研究证据，这些证据对疏水性更强的气体有更大的增强作用
这一发现将对发酵、酿造和废水处理行业产生巨大影响
该小组提出进一步的工作，以了解铌生成的动力学以及其后的铌稳定化的机制
研究小组在这项工作中认识到了“纳米多孔液体”，因为多孔或“多孔”液体以简单方便的方式与气体NBs一起存在
去除磁场后，在环境条件下的铌析出
(一)在环境温度/压力条件下，现场移除和储存后的前50小时内的双机制质量损失
甲烷气泡索特平均直径在4个月期间的演变(每次测量三个副本)；泡沫增长非常缓慢
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