反气泡是一种并不常见的物理现象,具有与肥皂泡完全相反的结构:在液体环境中,一层气膜将内外液体分开。反气泡的特殊结构在微流体控制、药物运输、超声成像、化学工程和生物医学等领域具有广泛的应用前景。但是,关于反气泡的研究尚处于起步阶段,其形成、稳定和破灭机理的研究尚不成熟,尤其是反气泡的稳定时间控制。利用常规方法制备的反气泡稳定时间只有几分钟甚至几秒钟,这给反气泡的研究和应用带来不便。现有的研究中,多采用改变液体性质(粘度和表面模量等)的方法延长反气泡稳定时间,但这意味着需在溶液中引入新的杂质(如甘油等),给后续工作带来不必要的麻烦。本文结合理论分析和高速摄像等研究手段,对反气泡性质开展了较为系统和深入的研究。观察了液滴冲击液膜的各种现象,揭示了液滴穿过液膜后外液膜的破裂机理,并研究了液滴-液膜法制备反气泡时气膜厚度随冲击速度的变化。研究了水滴冲击浮油水面的各种现象,分析了类似于反气泡结构的双层油包水(W-O-W)颗粒的形成过程,构建了颗粒直径随冲击速度变化的理论模型。研究了反气泡的液(固)面弹跳现象,得到反气泡液面弹跳的临界条件以及反气泡弹跳时间随冲击速度的变化规律。提出了两种控制反气泡稳定时间的方法:垂直振动法和射流冲击法,并设计了相关装置,实现反气泡长时间稳定存在。论文的主要内容如下:第一章,绪论。阐述本课题的研究背景和意义;综述反气泡研究历史与现状;概括本文的主要研究内容。第二章,反气泡形成。研究液滴冲击肥皂膜的现象,给出实验现象随冲击速度的分布图,分析液滴穿过液膜后外液膜的破裂机理和液滴-液膜法形成反气泡的过程;研究高速液滴直接冲击液面形成反气泡的现象,分析反气泡形成机理和冲击速度对反气泡尺寸和气膜厚度的影响。第三章,双层油包水(W-O-W)颗粒形成。研究水滴冲击浮油水面的现象,给出冲击现象随冲击速度的变化分布图,分析双层油包水颗粒的形成过程,构建双层油包水颗粒直径随冲击速度的变化模型。一次水滴冲击可以形成两个双层油包水颗粒:主颗粒和卫星颗粒,其中,主颗粒直径随冲击速度增加基本保持不变,而卫星颗粒直径随冲击速度增加而增大。第四章,反气泡运动状态。研究反气泡液面弹跳现象,分析液面变形量、恢复系数和弹跳时间随冲击速度和液体粘度的变化,得出反气泡液面弹跳的临界条件;研究反气泡固面弹跳现象,分析反气泡变形和弹跳时间随冲击速度的变化。第五章,反气泡稳定时间控制方法。研究垂直振动对反气泡稳定时间的影响,分析振动控制反气泡稳定时间的机理;设计射流发生装置,研究射流冲击对反气泡稳定时间的影响机理。上述两种方法均实现了反气泡长时间稳定存在。第六章,总结与展望。对论文研究工作和创新点进行总结,对后续的研究工作进行展望。