本來(lái)被認(rèn)為幾乎不可能存在的小尺度氣泡，竟然能長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，一旦被確定就被工業(yè)尤其是水處理領(lǐng)域重視，納米氣泡已經(jīng)完成開(kāi)始廣泛受質(zhì)疑到廣泛受重視的轉(zhuǎn)變。納米氣泡技術(shù)也受到氫氣醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重視，因?yàn)檫@種技術(shù)解決了氣體溶解速度小，溶解度小的瓶頸，納米氣泡已經(jīng)成為氫氣醫(yī)學(xué)的最佳搭檔。

相變技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，如環(huán)境、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、化工和能源等領(lǐng)域。氣／液相變技術(shù)通常用于廢水和水處理技術(shù)、水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、食品加工、水產(chǎn)農(nóng)業(yè)、石化等行業(yè)。大多數(shù)氣液相變過(guò)程效率受到多種操作和介質(zhì)性質(zhì)的影響。從傳質(zhì)理論角度，首先考慮的優(yōu)化策略是增加接觸表面面積。重要影響因素包括混合器的設(shè)計(jì)、柱包裹材料、擋板結(jié)構(gòu)、噴淋方法、注射噴嘴、分布器設(shè)計(jì)等，次要影響因素包括接觸相之間的熱傳質(zhì)或反應(yīng)表面。

一、什么是納米氣泡

氣泡是指液體內(nèi)充滿(mǎn)氣體的空穴，產(chǎn)生氣泡的基本條件是液體內(nèi)氣泡內(nèi)壓不小于環(huán)境壓力。氣泡表面擁有不同于氣泡所在液體性質(zhì)的成分。表面活性劑對(duì)氣泡的形成十分重要但并不是必須條件。由于浮力比較大，大氣泡一般會(huì)迅速上升到表面崩解，直徑小于1微米的氣泡也就是微納米氣泡因存在目前不了解的機(jī)制，能在液體中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在。

納米技術(shù)領(lǐng)域，一般習(xí)慣把100納米以下作為納米顆粒的最大尺度，但是納米氣泡直徑一般是大于100納米，氣泡研究領(lǐng)域一般把1000納米以下作為納米氣泡或微納米氣泡，100微米以下為細(xì)小氣泡。納米氣泡有兩種基本類(lèi)型，一種是非球形界面納米氣泡，是固定分布在液體和固體界面上的氣泡，這種氣泡在學(xué)術(shù)界被研究相對(duì)充分，但應(yīng)用相對(duì)少。另一種就是我們比較熟悉的體相納米氣泡，就是懸浮在液體中的球形納米氣泡。本文主要指體相納米氣泡。

雖然氣泡的研究歷史已經(jīng)超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，但是氣泡的類(lèi)型和分類(lèi)一直存在爭(zhēng)議。學(xué)術(shù)上對(duì)氣泡分類(lèi)主要根據(jù)氣泡性質(zhì)的不同，最常用的指標(biāo)是氣泡大小、表面特征和氣泡壽命。這些特征主要決定于氣泡大小，因此許多學(xué)者把氣泡大小作為唯一分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，氣泡被分為大氣泡、微米氣泡、亞微米氣泡或納米氣泡，也有采用更通俗分類(lèi)為大氣泡、小氣泡和超小氣泡。雖然學(xué)者們對(duì)氣泡的大小范圍具體有不同看法，但大多數(shù)同意微氣泡直徑應(yīng)該在10－100微米的范圍，1-10微米為亞微米氣泡，10-1000納米為納米氣泡。

經(jīng)典理論認(rèn)為氣泡越小表面張力越大，納米氣泡表面張力大造成內(nèi)壓非常高，因此納米氣泡存在性和穩(wěn)定性一直是有爭(zhēng)議的話(huà)題。許多學(xué)者使用不同技術(shù)探測(cè)納米氣泡。與大氣泡研究一樣，學(xué)者們沒(méi)有糾結(jié)于納米氣泡的定義。有學(xué)者甚至忽視納米氣泡和微米氣泡存在被忽視的直徑范圍，認(rèn)為直徑小于200納米的氣泡為納米氣泡，10微米以上的為微米氣泡，對(duì)200納米到10微米之間的氣泡不去理會(huì)，也有學(xué)者把200納米－10微米氣泡定義為微納米氣泡，這說(shuō)明對(duì)超細(xì)小氣泡的分類(lèi)缺乏清晰的標(biāo)準(zhǔn)。2012年，吳等定義納米和亞微米氣泡，認(rèn)為500納米以下為納米和亞微米氣泡。最近有學(xué)者認(rèn)為直徑小于數(shù)百納米的氣泡為納米氣泡，這不僅含糊而且存在矛盾?？傊?，納米氣泡直徑的最大尺度存在不同看法，直徑小于1微米的氣泡因?yàn)槌叨群吞卣黝?lèi)似可分類(lèi)為超細(xì)氣泡或納米氣泡。

氣泡分類(lèi)不僅根據(jù)大小，而且根據(jù)其特征和在液體中的行為。圖1對(duì)不同氣泡大小的分類(lèi)進(jìn)行了匯總。1－10微米氣泡其大小和特征都介于微米氣泡和納米氣泡之間，被歸類(lèi)到亞微米氣泡。雖然學(xué)術(shù)界對(duì)微米氣泡的特征有一致看法，但是對(duì)氣泡的大小范圍沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

圖1.氣泡大小和特征

TemesgenT,Bui TT,Han M,Kim TI,Park H.Micro and nanobubble technologies as a new horizonfor water-treatment techniques:A review.Adv Colloid Interface Sci.2017Aug;246:40-51.doi:10.1016/j.cis.2017.06.011.Epub 2017 Jun 27.

二、納米氣泡特征

符合納米材料規(guī)律，納米氣泡也具有比表面積大的特點(diǎn)，這也是納米氣泡作為氣液技術(shù)應(yīng)該的重要基礎(chǔ)。另外，納米氣泡還具有剛性大，表面有負(fù)電荷，浮力小，穩(wěn)定性極好，長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，決定了納米氣泡的特殊用途。納米氣泡內(nèi)壓和穩(wěn)定性方面，存在理論計(jì)算和事實(shí)不符的情況，目前并沒(méi)有明確的結(jié)論。

氣泡表面積和氣泡直徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，（表面積A和直徑D的數(shù)學(xué)關(guān)系A(chǔ)＝6/D）。因此同樣體積的氣泡，100納米直徑氣泡表面積是10微米直徑面積的100倍。

理論上氣泡形成消耗能量依賴(lài)于界面面積，界面面積決定于氣泡表面張力。直徑小于25微米的小氣泡表面剛性強(qiáng)，類(lèi)似于高壓氣球，不容易破裂。數(shù)毫米直徑的大氣泡表面比較柔軟，很容易變形破裂。大氣泡的浮力比較大很容易上升到液面。Stokes公式R=ρgd2/18μ（ρ=密度，g=重力加速度，d=氣泡直徑，μ=粘滯度）可計(jì)算氣泡上浮速度。氣泡上漂浮速度和氣泡直徑的平方成正比，這種關(guān)系只使用于小氣泡。直徑大于2毫米的大氣泡由于外形發(fā)生變化，上升速度并不會(huì)受直徑影響。低于1微米的納米氣泡上升速度非常慢，遠(yuǎn)低于布朗運(yùn)動(dòng)，整體上表現(xiàn)為不上升。

除了浮力外，直徑小于25-50微米的小氣泡有自動(dòng)收縮特性。根據(jù)Henry定律，溶液中溶解氣體的分壓與氣泡內(nèi)氣體分壓一致時(shí)，氣泡內(nèi)氣體溶解和溶液中氣體向氣泡內(nèi)釋放達(dá)到平衡。小氣泡由于表面張力作用內(nèi)壓增加，造成氣泡內(nèi)氣體分壓超過(guò)氣泡周?chē)芙鈿怏w分壓，氣泡內(nèi)氣體超周?chē)o溶解，這會(huì)導(dǎo)致氣泡進(jìn)一步縮小，體積縮小導(dǎo)致表面張力效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致正反饋效應(yīng)，氣泡會(huì)迅速崩潰。相反大氣泡因?yàn)樯仙車(chē)o水壓下降導(dǎo)致內(nèi)壓降低，減壓導(dǎo)致氣泡體積增大，氣泡內(nèi)氣體分壓降低，導(dǎo)致溶液中氣體向氣泡內(nèi)靜釋放，這會(huì)導(dǎo)致氣泡體積增大，表面張力效應(yīng)降低，氣泡內(nèi)壓進(jìn)一步降低。所以，在某氣體飽和溶液中，這種氣體的氣泡有大者增大，小者縮小的趨勢(shì)?？磥?lái)氣泡也恰好符合馬太效應(yīng)。

這種情況非常符合潛水員減壓病發(fā)生的過(guò)程，潛水員在水下停留一定時(shí)間后，體液中氣體達(dá)到一定飽和度，一旦返回水面速度過(guò)快，身體內(nèi)一些氣泡會(huì)因?yàn)榄h(huán)境壓下降而增大，這種趨勢(shì)過(guò)于嚴(yán)重就導(dǎo)致氣體阻斷血流壓迫組織等后果，就是典型的減壓病。治療減壓病的原理也很容易，就是把潛水員進(jìn)行重新加壓，加壓的結(jié)果就是把大氣泡變成小氣泡，小氣泡有變小消失的趨勢(shì)，解決了氣泡就解除了病因。

圖2.經(jīng)典氣泡的馬太效應(yīng)

納米氣泡也存在比較強(qiáng)的靜電場(chǎng)，能避免氣泡發(fā)生融合，對(duì)抗浮力作用。在水平電場(chǎng)中，氣泡電荷決定于水平速度v=ζε/μ（v=水平速度，ζ=zeta電位(V),ε=水的介電常數(shù)(s2×C2×kg-1×m-3)，μ=粘滯度(Pa×s).）

zeta電位一般是負(fù)值，但大多數(shù)與氣泡直徑無(wú)關(guān)。zeta電位受水的pH值影響非常大，也受到離子強(qiáng)度影響（離子濃度越大，zeta電位越低）。所有氣泡都具有負(fù)電位，相互之間的靜電排斥力能限制氣泡融合。因?yàn)闅馀菰叫?，需要的能量越大，因此小氣泡分裂也不容易發(fā)生。所以，小氣泡可以增大或縮小，但不容易發(fā)生融合和破裂。

不可溶性氣體可以形成超長(zhǎng)壽命的納米氣泡。根據(jù)Laplace公式，Pi＝Po＋4γ/d，氣泡內(nèi)壓等于環(huán)境壓與4γ/d的和（γ是表面張力(N m-1)，d是氣泡直徑(m)），氣泡直徑越小，內(nèi)壓越大。10微米氣泡內(nèi)壓約1.3個(gè)大氣壓，100微米氣泡約1.03個(gè)大氣壓。根據(jù)計(jì)算，納米氣泡內(nèi)壓會(huì)達(dá)到非常高水平，足以讓內(nèi)部氣體迅速溶解消失。這和納米氣泡具有長(zhǎng)壽命的事實(shí)不符，說(shuō)明這種理論本身存在缺陷?，F(xiàn)在還不能確定Laplace公式是否適合于納米氣泡，但是在沒(méi)有電荷等其它影響因素存在的情況下，150納米液滴（類(lèi)似氣泡）表面張力確實(shí)能提高20倍。修改理論或?qū)ふ以蚨加锌赡?。有人提出可能是表面材料?duì)表面張力產(chǎn)生的影響，也有人認(rèn)為是過(guò)飽和溶液能降低納米氣泡表面張力，也是納米氣泡長(zhǎng)壽命的原因。如氣泡氣液界面包含表面活性劑（故意或偶然）如蛋白質(zhì)或去垢劑，表面活性劑能降低表面張力，降低氣泡內(nèi)壓，增加氣泡穩(wěn)定性。超聲氣泡造影劑和藥物輸送氣泡就是利用這樣的原理。

納米氣泡是有效的氣液相處理過(guò)程，過(guò)去20年，這一技術(shù)受到大量研究人員的關(guān)注。多數(shù)研究集中在微納米氣泡制備、測(cè)定和超細(xì)微氣泡特性分類(lèi)等方面。最近有研究探索了微納米氣泡工業(yè)化應(yīng)用的可能性。根據(jù)初步研究結(jié)果，許多學(xué)者提出，水處理技術(shù)是微納米氣泡最有前景的領(lǐng)域。即使最有前景的水處理領(lǐng)域，納米氣泡的研究仍然不充分，如現(xiàn)有研究對(duì)氣泡大小的定義和分類(lèi)方面都沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。本文重點(diǎn)對(duì)微納米氣泡的定義和分類(lèi)、一般制備技術(shù)和表征測(cè)量方法等進(jìn)行綜述。

三、納米氣泡制備方法

氣泡產(chǎn)生是靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，然后進(jìn)入融合和破裂的動(dòng)態(tài)過(guò)程，氣泡的形成、增大和崩潰空化過(guò)程。根據(jù)氣泡內(nèi)容的不同，空化分為霧空化和氣空化。氣泡形成主要是在特定溫度情況下壓強(qiáng)下降到某一個(gè)閾值，這類(lèi)似于沸騰，區(qū)別是壓強(qiáng)降低而不是溫度增加。氣泡融合和氣泡崩潰是小氣泡的兩種相反狀態(tài)，小氣泡結(jié)合起來(lái)可以變成大氣泡，也能通過(guò)崩潰變成更小的氣泡。

學(xué)者根據(jù)不同需要使用不同技術(shù)制備小氣泡，氣泡制備方法主要包括水力空化和顆?？栈⒙晫W(xué)或聲波降解法、電化學(xué)氣蝕和機(jī)械攪拌等。所有這些技術(shù)背后的物理學(xué)基礎(chǔ)都是利益表面張力和能量消耗降低壓強(qiáng)。降壓強(qiáng)空化有兩種技術(shù)，一是利用水流湍流造成壓強(qiáng)改變的水力空化，另一個(gè)是使用聲波的空化作用。局部能量耗竭空化可以用光源光子或其他基本粒子誘導(dǎo)。在水處理技術(shù)中，水力空化是最常用的氣泡制造技術(shù)，可以通過(guò)加壓飽和、氣泡剪切、分裂和機(jī)械攪拌等。聲或聲波系統(tǒng)使用超聲波，超聲波探頭有的放在液體內(nèi)，也有放在液體外的。聲波空化是利用聲波在液體中產(chǎn)生的高負(fù)壓超過(guò)周?chē)o水壓產(chǎn)生空化作用。聲波空化有兩種情況，第一種情況是均勻成核。是液體在破裂時(shí)聲波引起的拉應(yīng)力超過(guò)分子間作用力。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值。因?yàn)橐后w本身具有非均勻性，氣泡出現(xiàn)具有不確定性。第二種類(lèi)型的空泡是異相成核?？栈谝后w最薄弱的區(qū)域出現(xiàn)。例如液體中本來(lái)存在不容易擴(kuò)散的氣體。電化學(xué)系統(tǒng)是用表面產(chǎn)生電流形成氣泡的方法。機(jī)械空化是利用高速攪拌的方法將有限體積的氣體和液體進(jìn)行混合，其原理和水力空化類(lèi)似。

納米氣泡的基本制造方法有四類(lèi)，一是加減壓法，二是機(jī)械旋切法，三是超聲空化法，四是湍流管法。一般是將多種方法聯(lián)合起來(lái)使用，可以獲得比較好的效果。

四、納米氣泡超長(zhǎng)壽命原因分析

納米氣泡的穩(wěn)定性一直存在爭(zhēng)議，按照經(jīng)典的Young–Laplace公式，當(dāng)氣泡體積越小，表面張力越大，內(nèi)部壓力越大，內(nèi)部壓力大會(huì)驅(qū)動(dòng)氣泡內(nèi)氣體向液體擴(kuò)散溶解，表面張力和氣體丟失的結(jié)果使氣泡快速趨向縮小甚至崩潰消失。例如，當(dāng)氣泡直徑為159納米時(shí)候，其表面張力為13.93mN/m，可產(chǎn)生大約452kPa的壓力，相當(dāng)于4.5個(gè)大氣壓。這樣高的內(nèi)壓已經(jīng)達(dá)到氣泡快速崩潰的情況。理論上納米氣泡不可能長(zhǎng)時(shí)間存在，但許多研究發(fā)現(xiàn)納米氣泡的壽命非常長(zhǎng)。也就是說(shuō)，理論上液體中納米氣泡幾乎不存在，但研究證據(jù)表明液體中納米氣泡能大量長(zhǎng)時(shí)間存在。

需要強(qiáng)調(diào)的是，納米氣泡長(zhǎng)壽命一個(gè)重要特點(diǎn)是有一個(gè)尺度范圍，大約在150納米附近，從50納米到500納米（圖3），條件如溫度、液體和氣體成分不同這個(gè)范圍有一定變化。超過(guò)這個(gè)范圍，如極小納米氣泡，仍然符合快速崩潰的特點(diǎn)，超過(guò)這個(gè)范圍，正好處于經(jīng)典氣泡具有收縮趨勢(shì)的范圍。

圖3.不同尺度氣泡的特點(diǎn)

納米氣泡超長(zhǎng)壽命的原因有三個(gè)假說(shuō)。一種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，納米氣泡沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，而是處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)平衡速度非常緩慢。第二種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，納米氣泡是一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但是需要在過(guò)飽和溶液中。這種條件下，新的納米氣泡不斷形成和舊的氣泡不斷消失，兩者達(dá)到平衡狀態(tài)。第三種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，Young–Laplace公式對(duì)納米氣泡不適用，因?yàn)榧{米氣泡表面張力受到界面曲度和內(nèi)部氣體壓力影響非常大。如納米氣泡內(nèi)壓力只有1.4個(gè)大氣壓，遠(yuǎn)小于根據(jù)Young–Laplace公式的理論計(jì)算值。

納米氣泡浮力非常小，而周?chē)芤悍肿舆\(yùn)動(dòng)影響相對(duì)很大，導(dǎo)致納米氣泡長(zhǎng)時(shí)間懸浮在液體中。理論上5微米氣泡就不會(huì)上升，因?yàn)檫@種氣泡的浮力小于液體流動(dòng)產(chǎn)生的影響，受到氣泡之間和氣泡和液體分子之間影響也相對(duì)比較大。關(guān)于納米氣泡內(nèi)壓，一些科學(xué)界不同意根據(jù)Young–Laplace公式的理論計(jì)算值。Tolman計(jì)算了液滴的表面張力，提出隨著體積縮小表面張力相對(duì)降低。納米氣泡內(nèi)壓力也可能低于Young–Laplace公式的理論計(jì)算值。Nagayama等進(jìn)行的分子動(dòng)力學(xué)模擬也發(fā)現(xiàn)，納米氣泡內(nèi)壓力遠(yuǎn)低于Young–Laplace公式的理論計(jì)算值。Seung Hoon Oh等進(jìn)行的氫氣汽油內(nèi)納米氣泡的分析發(fā)現(xiàn)，氫氣納米氣泡壽命可以穩(wěn)定121天。

納米氣泡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素是zeta電位。納米氣泡具有zeta電位，其特征就是氣泡界面外側(cè)呈負(fù)電，內(nèi)側(cè)呈正電。彎曲液體表面能產(chǎn)生電荷是因?yàn)樗肿咏Y(jié)構(gòu)或離散性。電荷排斥和表面張力作用方向相反，具有降低內(nèi)壓和表面張力的作用。任何能增加負(fù)電荷的物質(zhì)都有利于氣液界面，如氫氧根離子或用防靜電槍增加陰離子能縮小納米氣泡直徑。普通納米氣泡直徑約150納米，二氧化碳納米氣泡混合1小時(shí)后直徑只有73納米，是因?yàn)槎趸細(xì)馀萁缑嬗懈邼舛忍妓岣x子。與表面電荷類(lèi)似，納米氣泡之間缺乏分子間范德瓦作用力（氣泡內(nèi)電子密度接近為零），也能避免氣泡融合。分析發(fā)現(xiàn)，納米氣泡表面電荷能對(duì)抗表面張力，避免納米氣泡內(nèi)形成過(guò)高壓，能減少氣體因高壓向液體中溶解，避免氣泡發(fā)生崩解。氣泡達(dá)到平衡是穩(wěn)定的基礎(chǔ)，那么表面電荷密度對(duì)穩(wěn)定性是需要的。當(dāng)納米氣泡發(fā)生收縮時(shí)，電荷密度隨之增加，在這個(gè)過(guò)程中，電荷密度，電荷是使氣泡擴(kuò)張的作用。即使在平衡狀態(tài)，氣泡內(nèi)氣體仍然可以向未飽和的液體中溶解，除非這種液體表面也充滿(mǎn)該氣體。

鹽離子濃度是影響納米氣泡穩(wěn)定性的負(fù)面因素。研究發(fā)現(xiàn)，高鹽離子能促進(jìn)納米氣泡聚集和融合，聚集是粒子電荷受離子強(qiáng)度破壞導(dǎo)致的鹽析現(xiàn)象，融合是由于氣水界面發(fā)生了變化。納米氣泡穩(wěn)定性也會(huì)受到溶液性質(zhì)如酸堿度的影響，理論上堿性約大，氣泡體積越大。

除界面電荷是氣泡穩(wěn)定性增加的重要因素外，氣泡和溶液之間氣體雙向擴(kuò)散速率下降也是一種關(guān)鍵因素。主要原因是氣泡周?chē)嬖谝粚託んw樣結(jié)構(gòu)，這層結(jié)構(gòu)內(nèi)氣體溶解度遠(yuǎn)高于周?chē)杂啥雀叩囊后w環(huán)境，這種現(xiàn)象在界面納米氣泡已經(jīng)被證實(shí)，估計(jì)在體相納米氣泡也存在類(lèi)似結(jié)構(gòu)（圖4）。Ohgaki等發(fā)現(xiàn)，納米氣泡表面的氫鍵更強(qiáng)，限制了氣體從氣泡表面向溶液中釋放。這層結(jié)構(gòu)感覺(jué)很類(lèi)似生物大分子表面的結(jié)合水，這種水因?yàn)楹蜕锓肿有纬煞€(wěn)定的氫鍵，類(lèi)似于晶體狀態(tài)，活動(dòng)度非常小，可能是導(dǎo)致氣體溶解度增加的一個(gè)原因。這也類(lèi)似于當(dāng)前比較熱門(mén)的界面水效應(yīng)的概念，納米氣泡大概可能算一種最安全的界面水溶液制備方法。上海生物物理所張立娟教授曾經(jīng)用同步輻射軟X線(xiàn)對(duì)納米氣泡表面這種水結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，證明是一種非常特殊的水結(jié)構(gòu)。

圖4.納米氣泡外殼

與普通納米顆粒、膠體和油水乳液類(lèi)似，納米氣泡也具有自組織趨勢(shì)。可能是由于界面電荷、長(zhǎng)范圍吸引、擴(kuò)散緩慢和界面高滲透壓梯度等因素的聯(lián)合作用。體相納米氣泡剛性大，不容易被壓縮，但是拉伸容易擴(kuò)張。

體相納米氣泡數(shù)量多的情況如電解水納米氣泡，表面水比較多，能形成更多氫鍵，水合作用更明顯。納米氣泡能提高水分子流動(dòng)性，這種現(xiàn)象可以用T2加權(quán)NMR質(zhì)子弛豫時(shí)間延長(zhǎng)來(lái)分析。S.Liu,et al.Chem.Eng.Sci.93(2013)250-256.260納米激發(fā)波長(zhǎng)，納米氣泡可以在345納米和425納米釋放出兩個(gè)微弱寬弱熒光帶，可能是氣泡界面水合離子化合物誘導(dǎo)的電荷密度產(chǎn)生。P.Vallée,et al.J.Chem.Phys.122(2005)114513.礦物水中納米氣泡能被磁化，這種磁化能保持1天以上。K.Uehara et al.Magnetics,47(2011)2604-2607.

五、納米氣泡檢測(cè)方法

盡管納米氣泡非常穩(wěn)定，但是氣泡大小分布、氣泡數(shù)量和平均大小都會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變。界面納米氣泡檢測(cè)常用原子力顯微鏡。體相納米氣泡常用光散射、冷凍電子顯微鏡和共振質(zhì)量測(cè)量，共振質(zhì)量測(cè)量對(duì)區(qū)分固體顆粒是簡(jiǎn)單方便的技術(shù)。納米氣泡溶液特點(diǎn)會(huì)隨著納米氣泡等效直徑、數(shù)量和大小分布的影響。不同方法可能會(huì)有不同的測(cè)定結(jié)果。

納米氣泡受到布朗運(yùn)動(dòng)影響大，表面有硬殼，其行為接近固體納米顆粒。因此納米氣泡可以用動(dòng)態(tài)光散射方法進(jìn)行測(cè)量，動(dòng)態(tài)光散射是利用經(jīng)過(guò)通過(guò)樣品的反射波形改變進(jìn)行分析。波形受顆粒布朗運(yùn)動(dòng)影響，大氣泡產(chǎn)生的散射作用強(qiáng)，但波動(dòng)比較慢。用Stokes-Einstein公式計(jì)算擴(kuò)散常數(shù)確定顆粒半徑。D=kT/(3ηπd)（D=擴(kuò)散系數(shù)，k=波爾茲曼常數(shù)，T=絕對(duì)溫度，η=粘度，d=顆粒直徑）。這種方法最多能測(cè)量每毫升10億納米氣泡。分析總體信號(hào)可以獲得氣泡數(shù)量和大小分布，但不能獲得每個(gè)氣泡的運(yùn)動(dòng)情況。納米氣泡運(yùn)動(dòng)需要用納米顆粒跟蹤分析方法。

納米顆粒跟蹤分析如NanoSight是相對(duì)分析方法，這種方法利用光散射跟蹤小體積（80 pL）中的每個(gè)氣泡，能確定特定時(shí)間納米氣泡在X或Y軸上的運(yùn)動(dòng)。顆粒運(yùn)動(dòng)速度決定于顆粒大小，體積越大速度越小。相對(duì)于動(dòng)態(tài)光散射每毫升至少107個(gè)納米氣泡，納米顆粒跟蹤分析能分析更低濃度納米氣泡。

共振質(zhì)量測(cè)量是對(duì)流過(guò)一個(gè)共振跳板納米氣泡進(jìn)行的測(cè)量，這是一種比較新的技術(shù)，能清楚區(qū)分固體和氣體納米顆粒。1微升納米氣泡溶液通過(guò)共振器每分鐘約12納升，理想狀況是每秒通過(guò)一個(gè)納米氣泡，改變有效質(zhì)量并被轉(zhuǎn)換為共振頻率。

庫(kù)爾特氏計(jì)數(shù)器是病毒和細(xì)菌等微生物的計(jì)數(shù)裝置，主要由兩個(gè)小室組成，中間以不導(dǎo)電的薄隔板隔開(kāi)，隔板帶有大小與待計(jì)數(shù)的顆粒類(lèi)似的單一小孔，每個(gè)小室都有電極。當(dāng)納米氣泡等顆粒進(jìn)入微管時(shí)，因?yàn)楣軆?nèi)液體被氣泡代替，電阻發(fā)生改變，其變化和顆粒體積有關(guān)系，利用這個(gè)特征可對(duì)通過(guò)微管的納米氣泡進(jìn)行計(jì)數(shù)和體積計(jì)算。

直徑超過(guò)500納米的大納米氣泡能用高分辨光學(xué)顯微鏡進(jìn)行圖像分析，觀(guān)察時(shí)需要用亞甲藍(lán)進(jìn)行染色。也有利用氣泡內(nèi)氣體成分的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的方法，例如用紅外探測(cè)二氧化碳納米氣泡。

Zeta電位也經(jīng)常作為納米氣泡探測(cè)指標(biāo)，研究顯示當(dāng)zeta電位比較大時(shí)也是納米氣泡穩(wěn)定性的原因，但是這種電位不能提供氣泡數(shù)量和體積的信息。

有人說(shuō)，納米氣泡表面有負(fù)電位，其實(shí)就是這種Zeta電位。納米氣泡和膠體顆粒的性質(zhì)類(lèi)似，在表面都會(huì)形成一層電位，這種電位在物理學(xué)上有專(zhuān)門(mén)的名稱(chēng)，叫Zeta電位。Zeta電位高峰是氣泡直經(jīng)在10-30微米時(shí)。在氣泡直經(jīng)減小小時(shí)有電位減少的傾向。

由于分散粒子表面帶有電荷而吸引周?chē)姆刺?hào)離子，這些反號(hào)離子在兩相界面呈擴(kuò)散狀態(tài)分布而形成擴(kuò)散雙電層。測(cè)量Zeta電位的方法主要有電泳法、電滲法、流動(dòng)電位法和超聲法，其中電泳法應(yīng)用最廣。測(cè)量納米氣泡Zeta電位可使用Zeta電位分析儀。