23分36秒！西北工业大学一教授团队创出世界上最“长寿”的泡泡

发布者：清风明月夜 2024-10-13 17:17

近日

西工大物理科学与技术学院

臧渡洋教授团队

收到了一件特别的快递

是他们此前获得的

一份吉尼斯世界纪录证书

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

据了解，气泡在人们生产生活中是熟悉且不可或缺的重要角色，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。自然界中常见的气泡往往只能存在数秒且触之即破。为气泡增寿成为许多流体物理和软物质等相关领域学者和工程师的一个饶有兴致的挑战。

臧渡洋教授（中）和团队学生合影

“超声既然能使液滴悬浮而不坠落，那能否使气泡液膜中的液体不往下流动（排液）呢？”在这一问题的驱动下，臧渡洋开始带领本科生开展超声“吹泡泡”的兴趣实验。

在一次实验中，课题组同学偶然发现，声悬浮条件下液滴可以转变为气泡，且声悬浮气泡存活时间显著优于常规气泡，甚至使用针头去穿刺仍能够保持完整。

实验实拍，声悬浮气泡被针头穿刺仍保持完整

这一突出特性使课题组欣喜异常，并引起了大家极大的科研兴趣。“声场中的气泡为什么如此“坚固”而长寿？”臧渡洋教授开始组织研究团队对这一问题展开深入探索归纳，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。

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。

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。

未来，臧渡洋教授课题组将继续围绕声悬浮气泡开展相关研究，探索气泡的表面特性及其动力学、热力学性质等，持续推动相关领域“1→0”反向科研攻关，为声悬浮气泡在材料工程、流体物理、生命科学等领域实际应用提供理论支持。

小小的气泡有大学问

为科研人员点赞！

编辑：汤维

审核：陈唯一

终审：彭德光