论文部分内容阅读
纳米气泡最早是在研究当两个疏水物体浸入液体中的疏水长程引力（LRHAF）的作用机制中发现的。自从Blake和Kitchener两人第一次做这个实验以来并提出LRHAF的机制，对这个机制的争论就没有停止过。目前人们能很好的理解对有些疏水长程引力是由于有气体物在液体和疏水的固体界面上存在，这些气体物被称作纳米气泡。由于纳米气泡比可见光的波长还要小，所以通过光学手段来观测纳米气泡是不合适的；目前研究纳米气泡最主要的工具还是原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM），但是由于原子力显微镜接触模式（Contact Mode Atomic Force Microscopy, CMAFM）下的作用力对于柔软的纳米气泡来说太大了，容易刺破气泡，所以不适合用CMAFM来对纳米气泡成像。纳米气泡存在于水和疏水界面上最直接的证据还是原子力显微镜轻敲模式（Tapping ModeAtomic Force Microscopy, TMAFM）在各种各样的疏水界面上的图像。从此，纳米气泡在各个领域都引起了广泛关注。产生纳米气泡的方法有很多，如直接浸渍法，两种溶剂替换以及快速加热，电化学法等。其中，醇水替换被广泛应用并被证明是能高度重复的在不同基底上获得大量纳米气泡的有效方法。同样，也能使用其它有机溶剂与水替换来产生纳米气泡。然而，有机溶剂与水的替换存在着一些局限性，例如不能用于生物膜上，溶剂中易引入有机污染物等。因此，有必要建立新的方法来制备纳米气泡。在本论文中，主要是通过冷水和热水替换即温差法来制备纳米气泡，结果表明温差法在一定的温度范围内能在疏水的HOPG表面形成纳米气泡。通过不同的成像模式、相图、接触角、针尖对气泡的影响及脱气对照实验等方面一一验证了温差法产生的就是纳米气泡。通过温差法在疏水的HOPG表面上产生的纳米气泡的高度、大小及数量在热水温度达到37℃之前都随温度的升高而增大；其高度和大小都在37℃达到最大值，而数量却是在38℃达到最大值。为了更好的研究温差法产生的纳米气泡的性质，我们计算了每平方微米气泡的总体积，结果表明当热水温度为37℃时每平方微米气泡的总体积最大，即在这个温度下释放的气体量最多，纳米气泡在这个温度下比较容易形成。对温差法产生的纳米气泡的接触角进行了计算，发现在HOPG表面上形成的纳米气泡的接触角在一个比较稳定的范围内变化（160°–170°），这可能与基底的性质有关。曲率半径的计算结果表明温差法产生的纳米气泡的曲率半径在200nm–1000nm范围内变化，与醇水替换法相比，产生的气泡可能要小些。温差法不仅能产生纳米气泡，还能产生其它形式的气体形态。如纳米气泡，纳米气层以及纳米气泡坐落在纳米气层上的双层结构都能同时存在。纳米气层的高度大约为2.5nm，直径大约为700nm。双层结构的第一层高度约为1.5nm，第二层的高度大约为10nm。这些性质与其他研究者所到的纳米气泡的性质一致。运用同步辐射软X射线技术对温差法产生的纳米气泡进行验证，对充入CO2气体的溶液替换后的样品进行检测，在CO2特征吸收峰附近检测到强吸收峰，证实体系中存在含CO2气体的纳米气泡，初步得到温差法产生纳米气泡的内部信息。