西北工業(yè)大學科研團隊制備出“地面上最長壽命氣泡”

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 潘子祺 鈕荷雯 記者 馮麗）近日，西北工業(yè)大學物理科學與技術學院臧渡洋教授團隊收到一份吉尼斯世界紀錄證書——該團隊成功創(chuàng)下吉尼斯世界紀錄，制備出“地面上最長壽命氣泡”。在聲懸浮條件下，氣泡保持時間可達到23分36秒，且在被直徑為0.8毫米的熱銅針穿透時懸浮氣泡仍能保持不破裂。

氣泡在人們生產(chǎn)生活中是熟悉且不可或缺的重要角色，由于氣泡獨特的界面物理化學性質及其動力學行為，特別是氣泡膜為許多特定的物理化學過程提供了獨特的傳熱傳質邊界條件和二維柔性約束，其在材料工程、流體物理、生命科學和環(huán)境科學等領域都有著廣泛的應用前景。

然而，由于重力導致的排液以及氣泡本身的大比表面積，氣泡天生不穩(wěn)定。自然界中常見的氣泡往往只能存在數(shù)秒且觸之即破，這種生命周期短和穩(wěn)定性差的特性極大制約了其在生產(chǎn)生活中的廣泛應用及其重要作用的發(fā)揮。因此，為氣泡增壽成為許多流體物理和軟物質等相關領域學者和工程師的一個挑戰(zhàn)。

普通氣泡受到重力的影響，液膜上下的薄厚程度逐漸不均衡，使得氣泡在自然條件下只能短時間存留。解決此問題，科研人員通常使用表面活性劑或微/納米顆粒等作為穩(wěn)定劑來抑制重力引起的排液，從而延長氣泡壽命，但化學穩(wěn)定劑的加入不可避免地會導致氣泡的“污染”，這在特定生產(chǎn)條件下并不適用。

為了探究不引入化學穩(wěn)定劑而獲得長壽命氣泡的方法，研究學者曾在國際空間站直接利用微重力條件抑制排液，實現(xiàn)了純水氣泡的穩(wěn)定和較長壽命。但成本極其昂貴，而且不便于結合其他研究手段進行復雜實驗設計。因此，能否在地面常重力條件下尋找一種不引入化學穩(wěn)定劑的氣泡穩(wěn)定方法成為亟待解決的問題。

“超聲既然能使液滴懸浮而不墜落，那能否使氣泡液膜中的液體不往下流動（排液）呢？”在這一問題的驅動下，臧渡洋開始帶領本科生開展超聲“吹泡泡”的興趣實驗。在一次實驗中，課題組同學偶然發(fā)現(xiàn)，聲懸浮條件下液滴可以轉變?yōu)闅馀荩衣晳腋馀荽婊顣r間顯著優(yōu)于常規(guī)氣泡，甚至使用針頭去穿刺仍能夠保持完整。臧渡洋教授組織研究團隊對這一問題展開深入探索歸納，并最終揭示了聲懸浮氣泡的超穩(wěn)定性是由于氣泡內(nèi)外表面的聲輻射力顯著抑制了重力排液導致的。

該研究成果以“Extraordinary stability of surfactant-free bubbles suspended in ultrasound”為題發(fā)表在國際知名學術期刊Droplet上（期刊封面故事），并被Nature期刊亮點報道。以此成果為指引，臧渡洋教授課題組制備出了“地面上最長壽命氣泡”并創(chuàng)下吉尼斯世界紀錄：在聲懸浮條件下，氣泡保持時間達到23分36秒。