23分36秒!又一吉尼斯世界纪录在西工大诞生
本报讯(潘子祺)近日,臧渡洋教授团队成功创下吉尼斯世界纪录,制备出“地面上最长寿命气泡”,在声悬浮条件下气泡保持时间可达到23分36秒,且在被直径为0.8毫米的热铜针穿透时悬浮气泡仍能保持不破裂,相关研究成果被Nature期刊亮点报道。
自然界中常见的气泡受重力影响,液膜上下的薄厚程度逐渐不均衡,因而天生不稳定,往往只能存在数秒且触之即破,其生命周期短和稳定性差的特性极大制约了其在生产生活中的广泛应用。因此,为气泡增寿成为许多流体物理和软物质等相关领域学者和工程师的一个饶有兴致的挑战。
科研人员通常使用表面活性剂或微/纳米颗粒等作为稳定剂来抑制重力引起的排液,从而延长气泡寿命,但化学稳定剂的加入不可避免地会导致气泡的“污染”,这在特定生产条件下并不适用。
国际空间站的微重力条件亦可实现纯水气泡的稳定和较长寿命,但成本极其昂贵,且不便于结合其他研究手段进行复杂实验设计。因此,能否在地面常重力条件下寻找一种不引入化学稳定剂的气泡稳定方法成为亟待解决的问题。
臧渡洋教授团队一直围绕软物质和复杂流体开展研究,其导师中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波所建立和发展的声悬浮技术为气泡研究提供了新的指引。
“超声既然能使液滴悬浮而不坠落,那能否使气泡液膜中的液体不往下流动(排液)呢?”抱着这个疑问,臧渡洋在带领本科生开展超声“吹泡泡”兴趣实验时偶然发现,声悬浮条件下液滴可以转变为气泡,且声悬浮气泡存活时间显著优于常规气泡,甚至使用针头去穿刺仍能够保持完整。
“声场中的气泡为什么如此“坚固”而长寿?”臧渡洋教授最终揭示了声悬浮气泡的超稳定性是气泡内外表面的声辐射力显著抑制了重力排液导致的,并首创了通过超声悬浮稳定气泡的新方法,达到了媲美空间站中微重力环境抑制排液的效果,提供了适用于气泡及气泡膜研究的空间环境的地面模拟途径。
研究成果以“Extraordinary stability of surfactant-free bubbles suspended in ultrasound”为题发表在国际知名学术期刊Droplet上(期刊封面故事),并被Nature期刊亮点报道。
据悉,这种无固体表面接触、无化学“污染”、超稳定的声悬浮气泡在科学研究和工业生产中具有极大的应用前景。未来,臧渡洋教授课题组将继续围绕声悬浮气泡开展相关研究,探索气泡的表面特性及其动力学、热力学性质等,为声悬浮气泡在材料工程、流体物理、生命科学等领域实际应用提供理论支持。