日常生活中气泡无处不在，不管是沏茶时伴随着茶水浮起的空气泡、开水中沸腾着的蒸汽泡，还是开启啤酒时瞬间涌出的二氧化碳气泡，亦或是公园中备受儿童喜爱的绚丽多彩的肥皂泡，它们拥有完美的球形和美丽的色彩，给人以无限的遐想。[1]

微细气泡是对迄今为止已经技术成熟的微气泡和相前技术仍处于发展初期的纳米气泡的统称（微细气泡是指直径小于100μm的气泡，其中包括微米气泡和纳米气泡）。通过ISO内部讨论，已经确定将纳米气泡这一称呼重新命名为超细气泡，也可译为超微气泡。根据 ISO/ TC281国际标准，通常定义为存在于溶液(一般是水溶液)或固体中的直径<1 μm 的气泡，又称为超微气泡(ultrafine bubble)。[1]

纳米气泡的发现可以追溯到20世纪80年代关于表面力的测量。1982年,以色列科学家 Israelachvili 在Nature上发表文章,提出水中两片疏水修饰的云母表面之间相互靠近时出现了距离为10nm的疏水作用长程吸引力。为了解释这一现象，科学家们提出了许多的理论模型。[2]

直至1994年，瑞典Parker等提出了一个猜想：水中的两片疏水化固体表面上可能存在尺度为纳米级的气泡。[3]

1997年，Lou等在开展原子力显微试验中偶然发现了界面纳米气泡，随后摸索出一套重复性很好的产生方法，并于2000年发表了第一篇界面纳米气泡的原子力显微图像。[4]

2000年为纳米气泡的研究带来了曙光。日本东京大学的 Higashitani 团队利用原子力显微镜(AFM)分别在亲水的云母和十八烷基硅烷(OTS)修饰后的硅片上得到了纳米气泡的清晰图像，预示着纳米气泡的诞生。Higashitani 团队通过轻敲模式 AFM 对界面纳米气泡进行了成像，并得出界面纳米气泡的存在与长程疏水吸引力的范围之间存在明显的相关性。第 2 年，Tyrrell等也在硅烷修饰的硅表面观察到类似纳米气泡形状的图像。这些最早的纳米气泡的试验结果均验证了Parker提出的纳米气泡假设，并拉开了纳米气泡研究的序幕。[5-6]

2007 年，Zhang 等通过ATR-FTIR光谱，测量了界面上的 CO2 纳米气泡。[7]

2008 年，Wang等通过分子动力学模拟研究了界面纳米气泡，提出纳米气泡内部气体可能是高密度状态。同年，Zhang等提出 1 个假设：纳米气泡内部是否存在高密度气体？通过分子动力学模拟和解析发现，如果纳米气泡内部高密度，则纳米气泡的寿命将大大增加。[9][12]

2009 年，Ducker研究了表面活性剂对纳米气泡的影响，提出了界面纳米气泡表面可能吸附了一些污染物，从而导致界面张力降低，稳定了纳米气泡。[10]

2013 年，Zhang等的试验发现,醇水替换方法在硅烷疏水修饰的金表面产生纳米气泡后，用部分脱气水替换原来的水，纳米气泡的高度随时间变小但却不会消失。[11]

2014 年，通过AIR-FTIR 和AFM 的测量，发现二氧化碳纳米气泡内部的气体并非被封闭在内部，而是会与溶液中溶解的气体进行交换。

2018 年，Qian 等研究了冷水方法在疏水修饰的硅表面上产生的纳米气泡，发现了同样的规律，替换不同气体饱和度的水后保持一段时间,纳米气泡的高度有所变化，但最终也不会消失。[8]

纳米气泡的发现和研究是近20年来科学界的一匹“黑马”,它的存在颠覆了人们的认知，以超乎常人想象的效果在水处理、农业、矿物浮选、界面输运和清洗等领域表现出色，成为国内外相关领域的研究热点。可以预见，如果人们可以更好地理解和控制纳米气泡，必将能够在污水治理、绿色清洗、农业和水产养殖、医疗健康等领域得到极大的应用，不断提升人民的生活质量。

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参考文献：

[1]张立娟,胡钧. 界面纳米气泡研究历史和展望[J]. 净水技术,2021,40(2):2-23.

[2]ISRAELACHVILI J, PASHLEY R. The hydrophobic interaction is long range, decaying exponentially with distance[J]. Nature, 1982, 300(5890): 341-342.

[3] PARKER J L, CLAESSON P M, ATTARD P. Bubbles, cavi- ties, and the long-ranged attraction between hydrophobic surfaces [J]. The Journal of Physical Chemistry, 1994, 98(34): 8468-8480.

[4] LOU S T, OUYANG Z Q, ZHANG Y, et al. Nanobubbles on solid surface imaged by atomic force microscopy[J]. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanome- ter Structures, 2000, 18(5): 2573-2575.

[5] ISHIDA N, INOUE T, MIYAHARA M, et al. Nano bubbles on a hydrophobic surface in water observed by tapping-mode atomic force microscopy[J]. Langmuir, 2000, 16(16): 6377-6380.

[6] TYRRELL J W G, ATTARD P. Images of nanobubbles on hy- drophobic surfaces and their interactions [J]. Physical Review Letters, 2001, 87(17): 176104. DOI: 10. 1103 / PhysRevLett. 87. 176104.

[7] ZHANG X H, CHAN D Y C, WANG D Y, et al. Stability of in- terfacial nanobubbles [J]. Langmuir, 2013, 29 (4): 1017-1023.

[8] QIAN J, CRAIG V S J, JEHANNIN M. Long-term stability of surface nanobubbles in undersaturated aqueous solution [J]. Langmuir, 2019, 35(3): 718-728.

[9]DUCKER W A. Contact angle and stability of interfacial nanobubbles[J]. Langmuir, 2009, 25(16): 8907-8910.

[9]SVETOVOY V B, SANDERS R G P, LAMMERINK T S J, et al. Combustion of hydrogen-oxygen mixture in electrochemically generated nanobubbles[J]. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys, 2011, 84(3 Pt 2): 035302. DOI: 10. 1103 / PhysRevE. 84. 035302.

[10]ZHOU L M, WANG X Y, SHIN H J, et al. Ultrahigh density of gas molecules confined in surface nanobubbles in ambient water [J]. Journal of the American Chemical Society, 2020 ( 12): 5583-5593.

[11]ZHANG L J, ZHAO B Y, XUE L, et al. Imaging interfacial mi- cro- and nano-bubbles by scanning transmission soft X-ray mi- croscopy[J]. Journal of Synchrotron Radiation, 2013, 20(3): 413-418.