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固体基质上的气泡动力学是一个重要的科学问题 ， 但没有像液滴在固体基质上扩散的众所周知的问题那样得到很好的研究 。 气泡与固体的相互作用无处不在 ， 并具有许多应用 ， 如矿物加工的泡沫浮选、气体析出、气体吸附化学反应、有效的水修复、气泡空间操作的减阻和聚合酶链式反应应用 。 气泡的润湿作用还通过在昆虫表面形成气泡“腹甲” ， 对费舍尔蜘蛛和水上船夫等昆虫的生存起着关键作用 。
此外 ， 自然界中的许多疏水表面也可作为好氧或喜欢空气的表面 ， 例如荷叶的表面 。 人们对研究这些好氧表面产生了一些兴趣 。 在扩散之前 ， 固体薄膜上的气泡弹跳在理论上也得到了很好的研究 。 多孔固体基质下的气泡动力学特别令人感兴趣 ， 因为它可用于诸如甲烷捕获、防止生物反应器中的泡沫、气体分离和微流体中的气泡脱气等应用 。
过去 ， 已经合成和研究了不同类型的多孔固体膜 ， 例如浸渍在气相二氧化硅纳米粒子中的聚氨酯海绵 ， 通过化学反应使一侧的多孔聚丙烯膜亲水 ， 产生““杰纳斯”膜 ， 通过飞秒激光烧蚀聚四氟乙烯片材 ， 钻有微孔 ， 以及纳米针结构或涂有纳米颗粒的铜网 。 当水下气泡接近多孔固体膜时 ， 夹在气液界面和液固界面之间的液膜排出 ， 其厚度远低于其他特征长度尺度；并且排放流进入润滑状态 。
气泡的粘性润滑和依赖于表面张力的变形性导致润滑压力的增加 ， 从而导致气泡在薄膜上反弹或弹跳 。 一旦液膜破裂 ， 气泡就会扩散 ， 固体基质的孔隙率允许气泡中的气体渗透 。 特别是 ， 通过多孔基质快速捕获气泡可用于捕获生物反应器中的充气气泡 ， 否则已知这些气泡会导致细胞死亡 ， 在捕获对温室气体排放有显着贡献的海底甲烷气泡时 ， 以及从微通道中去除气泡 ， 这些气泡在许多微流体装置中充当主要屏障 。 在这些应用中 ， 水环境中溶解了许多其他物种 。
了解在不同溶解物质存在下的气泡动力学对于将基本理解转化为潜在应用非常重要 。 表面活性剂和蛋白质具有表面活性 ， 即它们在水性环境中自发吸附到疏水表面 。 表面活性剂对气泡的吸附降低了气液表面张力 。 此外 ， 在自由上升的气泡中 ， 由于形成动态吸附层 ， 表面活性剂表面浓度的梯度也会导致上升动力学的差异 。 这是表面活性剂在气泡表面的空间分布 ， 取决于表面活性剂的吸附动力学以及气泡的形状和大小 。
根据动态吸附层结构 ， 气泡表面的流动性会受到不同的影响 。 一些蛋白质 ， 如溶菌酶 ， 已知会在空气-水界面形成粘弹性网络 。 气泡接触的开始也受困在气泡和固体膜之间的液膜的排出控制 。 这种排水取决于物种的性质吸附在气泡表面 ， 并且会受到表面张力梯度和界面流变学的影响 。 气泡表面动态吸附层的状态受气泡形成点和固体基质的距离以及气泡在溶液中老化的持续时间的影响 。
【气泡与固体的相互作用无处不在，并具有许多应用】
在这项工作中 ， 相关人员研究了水下气泡上升到多孔、疏水、超薄超高分子量聚乙烯纳米膜上的动力学 。 科学家展示了一个上升的气泡如何通过高速成像反弹、扩散和渗透到胶片中 。 我们还研究了在气泡表面形成粘弹性网络的聚合物表面活性剂和蛋白质等表面活性物质对气泡特性的影响 。 我们发现这些分子吸附到气泡表面会改变其动态形状、上升速度和通过膜的渗透通量 ， 而它们对固体膜的吸附会改变其润湿性和渗透性 。
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