利用固体中含结晶水盐受热产生纳米气泡及气泡破裂与水热合成研究

有关纳米气泡是如何形成、能否稳定以及对某些经典科学问题的影响，近几十年来一直受到人们的关注。本项目针对从溶液中或固/液界面上制备纳米气泡所存在的气泡易流动和融合长大以及难于直接观察和测量等不足，提出在固体介质中直接产生纳米气泡的学术思想，即利用分散在固体中含结晶水无机盐在受热时可能发生的"含结晶水无机盐→小液滴→纳米气泡"演变过程，来制备相互分散的纳米气泡。尝试应用具有加热功能的仪器（如光学显微镜、AFM、SEM等）直接观测纳米气泡的形成过程，研究和分析纳米气泡形成和破灭的微观机制，获得纳米气泡的一些基本数据，探讨Laplace 方程是否适用此类纳米气泡体系。在此基础上，进一步认识纳米气泡内"水热环境"的特征，分析基于纳米气泡"水热合成"制备纳米材料的可行性。相关研究有望能丰富固体合成化学、材料科学、表面科学等学科的研究内涵，对于纳米气泡热、动力学机制的建立和发展也有可能会产生积极的影响。

有关纳米气泡是如何形成、能否稳定以及对某些经典科学问题的影响等，近几十年来一直受到人们的关注。本项目针对从溶液中或固/液界面上制备纳米气泡所存在的气泡易流动和融合长大以及难于直接观测和测量等不足，提出利用分散在固体中含结晶水无机盐在受热时可能发生的“含结晶水无机盐→小液滴→纳米气泡”演变过程来大面积制备纳米气泡的学术思想，研究和分析纳米气泡内“水热环境”的特点，揭示纳米气泡形成和破灭的微观机制，探讨基于纳米气泡“水热合成”纳米材料与纳米结构的可行性。通过研究，我们发展出了一种在固体介质中直接制备纳米气泡的新技术，建立了原位研究和分析微米气泡形成和演变过程的方法，弄清了影响微小气泡形成及气泡稳定性的关键因素；在研究铁的含结晶水盐融化行为时首次观测到一种新的气泡与液态环复合结构（简称液泡环），这种液泡环中的气泡在破灭时呈现内陷式分级破灭行为，可以产生包括面包圈和类红血球形貌等新颖微、纳结构；发现了微纳尺度气泡的形成和破灭，可以促进氧化物纳米棒氧缺陷的形成，并可显著提高其气敏和超疏水性能，这对于气敏材料和超疏水表面的设计与应用非常有意义；初步揭示了纳米尺度空间里“水热反应”的特点，并基于纳米气泡的“水热反应” 合成了多种功能氧化物和复合氧化物纳米结构。此外我们还发现，表面润湿性对气泡形成有重要影响：在疏水的表面上容易形成球形小液滴，进而演变成微、纳米气泡，最后微、纳米气泡破灭形成壳状微、纳结构；在亲水基体上则容易形成气泡和液态环复合结构，最后演变成环状微纳结构。上述相关研究成果丰富了固体合成化学、材料科学、表面科学等学科的研究内涵，对于纳米气泡热、动力学机制的建立和发展也产生了积极的影响。