近日，物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在氣泡物理領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究成果以“Extraordinary stability of surfactant-free bubbles suspended in ultrasound”為題發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Droplet》上（期刊封面故事），并被Nature亮點(diǎn)報(bào)道。論文第一作者為博士生姬曉亮，通訊作者為臧渡洋教授，本科生蔣一辰也參與了這項(xiàng)工作。論文鏈接https://doi.org/10.1002/dro2.119。
氣泡因其獨(dú)特的界面力學(xué)與熱力學(xué)性質(zhì)，在許多自然現(xiàn)象和工業(yè)加工中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，傳統(tǒng)方法制備的氣泡存在生命周期短和穩(wěn)定性差等缺陷。為了獲得長(zhǎng)壽命的氣泡，通常需要使用表面活性劑或微/納米顆粒等作為穩(wěn)定劑來(lái)消除排液，這不可避免地會(huì)導(dǎo)致氣泡的“污染”。歐洲學(xué)者曾在國(guó)際空間站實(shí)現(xiàn)了純水氣泡的穩(wěn)定和較長(zhǎng)壽命，然而，能否在地面常重力條件下尋找一種不引入化學(xué)穩(wěn)定劑的氣泡穩(wěn)定方法具有極大挑戰(zhàn)性。
不同液體形成的超穩(wěn)定聲懸浮氣泡
研究團(tuán)隊(duì)提出了利用超聲場(chǎng)穩(wěn)定氣泡這一新方法，利用聲腔共振機(jī)制形成了聲懸浮氣泡，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性得到了顯著提升。SDS氣泡可以在超聲環(huán)境下存在超過(guò)15min。即使沒(méi)有任何表面活性劑的穩(wěn)定作用，純水氣泡也可以穩(wěn)定7min以上，這比常規(guī)氣泡的壽命提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。此外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，在聲場(chǎng)的穩(wěn)定作用下氣泡甚至能夠在針刺等外部擾動(dòng)下保持穩(wěn)定。這種超穩(wěn)定性是由于駐波聲場(chǎng)在懸浮氣泡的內(nèi)外表面都提供了獨(dú)特的聲輻射壓力分布，這樣的聲輻射壓分布一方面平衡了液體重力，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定懸浮。另一方面對(duì)氣泡膜提供了擠壓作用，抵消了靜水壓力，從而抑制了其中的重力排液。該研究首創(chuàng)了通過(guò)超聲懸浮穩(wěn)定氣泡的新方法，并進(jìn)一步揭示了造成這種超穩(wěn)定性的物理機(jī)制，并創(chuàng)立了“地面上最長(zhǎng)壽命氣泡”的吉尼斯世界紀(jì)錄。這種無(wú)接觸、無(wú)“污染”、超穩(wěn)定的聲懸浮氣泡可以作為理想的生物/化學(xué)反應(yīng)器，用于晶體生長(zhǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)的液體模板/獨(dú)特的微環(huán)境，在材料工程、流體物理和生命科學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
該工作得到了陜西省液體物理基礎(chǔ)研究中心的平臺(tái)支持和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。魏炳波院士和阿爾伯塔大學(xué)曾宏波院士也對(duì)該項(xiàng)工作給予了指導(dǎo)和大力支持。
臧渡洋教授團(tuán)隊(duì)一直致力于軟物質(zhì)界面研究，聚焦軟物質(zhì)在新材料、新能源和空間科技等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題，探索軟物質(zhì)界面的物理-化學(xué)-力學(xué)耦合機(jī)制。在Nature，Nature Communications，Advanced Science，ACS Nano等國(guó)內(nèi)外知名期刊發(fā)表論文80余篇。臧渡洋教授入選了國(guó)際先進(jìn)材料學(xué)會(huì)會(huì)士（IAAM Fellow），擔(dān)任The European Physical Journal E 和 Frontiers in Soft Matter 編委，擔(dān)任Soft Matter顧問(wèn)委員會(huì)委員。
(圖文：趙博琨，蔣一辰；審核：晁小榮)
