西工大团队制备出“地面上最长寿命气泡”，创吉尼斯世界纪录

发布者：无名布衣 2024-10-14 10:12

IT之家 10 月 13 日消息，西北工业大学 10 月 12 日发文称，日前，臧渡洋教授团队成功创下吉尼斯世界纪录，制备出“地面上最长寿命气泡”。在声悬浮条件下，气泡保持时间可达到 23 分 36 秒，且在被直径为 0.8 毫米的热铜针穿透时，悬浮气泡仍能保持不破裂。

据介绍，由于气泡独特的界面物理化学性质及其动力学行为，特别是气泡膜为许多特定的物理化学过程提供了独特的传热传质边界条件和二维柔性约束，其在材料工程、流体物理、生命科学和环境科学等领域都有着广泛的应用前景。然而，由于重力导致的排液以及气泡本身的大比表面积，气泡天生不稳定。

臧渡洋教授研究团队通过深入探索归纳，并最终揭示了声悬浮气泡的超稳定性是由于气泡内外表面的声辐射力显著抑制了重力排液导致的。该研究成果以“Extraordinary stability of surfactant-free bubbles suspended in ultrasound”为题发表在国际知名学术期刊 Droplet 上（期刊封面故事），并被 Nature 期刊亮点报道。

该成果首创了通过超声悬浮稳定气泡的新方法，并进一步揭示了造成这种超稳定性的物理机制，实现了在常规重力条件下使气泡保持长时间稳定，达到了媲美空间站中微重力环境抑制排液的效果，提供了适用于气泡及气泡膜研究的空间环境的地面模拟途径。

论文中团队提出，在声悬浮条件下，利用声腔共振机制形成的声悬浮气泡，稳定性得到了显著提升，可以在超声环境下存在超过 15min。即使没有任何表面活性剂的稳定作用，纯水气泡也可以稳定 7min 以上，这比常规气泡的寿命提高了两个数量级以上。

此外，通过实验证明，在声场的稳定作用下气泡甚至能够在针刺等外部扰动下保持稳定。这种超稳定性是由于驻波声场在悬浮气泡的内外表面都提供了独特的声辐射压力分布，这样的声辐射压分布一方面平衡了液体重力，实现了稳定悬浮。另一方面对气泡膜提供了挤压作用，抵消了静水压力，从而抑制了其中的重力排液。声辐射压的分布还可通过改变声场强度来调节，从而得到不同形态的声悬浮气泡。

以此成果为指引，臧渡洋教授课题组制备出了“地面上最长寿命气泡”并创下吉尼斯世界纪录：在声悬浮条件下，气泡保持时间达到 23 分 36 秒。

IT之家从西工大官方获悉，这种无固体表面接触、无化学“污染”、超稳定的声悬浮气泡在科学研究和工业生产中具有极大的应用前景。例如，超稳定气泡有助于测量液体的表面张力及其流变学性质；可以作为收集和分析气溶胶颗粒的液基材料；可以作为理想的生物 / 化学反应器，用于晶体生长、细胞培养的液体模板 / 独特的微环境等。

参考资料

化学物理西北工业大学材料科学

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