纳米气泡形成和演化的动态过程的表面等离子共振显微成像研究

Surface nanobubble is one of the most important discoveries in surface science within these two decades. Surface scientists have paid a lot of attention to this field due to their wide applications in surface science, life science and chemical synthesis. The detection of surface nanobubbles has been a challenging task due to their small size and difficulties in labeling gas molecules. For now, there is no sophisticated imaging method for the detection of single nanobubbles kinetics as the present methods are limited by either poor spatial resolution or limited time resolution. The knowledge of the surface nanobubbles is still lacking. The surface plasmon resonance(SPR) microscopy is a newly developed non-intrusive and label-free method with high spatial and time resolution, which is extremely suitable for the detection of single nanobubbles kinetics. Owing to the unique characteristics of the SPR microscopy, this project will focus on the investigation of kinetics of single nanobubbles, including the nucleation, growth, mergence and annihilation of nanobubbles. Hopefully, this investigation can fill the blank of knowledge of nanobubbles.

固液界面的纳米气泡是近二十年来表面科学的重要发现之一，在表面科学、生命科学和化学合成等基础和应用领域都存在重要的应用价值。纳米气泡的显微成像是鉴定其存在、以及研究其形成和演化规律最直观的技术手段。由于纳米气泡尺寸很小，气体分子很难标记且气泡不稳定，因此极大地限制了常规的显微成像技术的有效应用，导致该方面的研究进展较慢，相关理论也不尽完善。本课题组近年来发展的表面等离子共振（SPR）显微成像技术是基于物质折射率的变化的无损测量方法，具有很高的时间和空间分辨率，可以实现对纳米尺寸物质检测，十分适合于纳米气泡的成像研究。因此本课题将利用SPR显微成像的技术优势，对单个纳米气泡的成核、生长、融合和湮灭等动态过程进行实时、原位研究，以完善纳米气泡在界面上的相变理论，为纳米气泡相关基础和应用研究的进一步向前发展提供技术支撑，可望促进可望促进纳米气泡基础和应用研究的进一步发展。

固液界面的纳米气泡作为近二十年来表面科学的重要发现之一，在表面科学、生物科学和化学合成等应用领域都存在重要的应用价值，因此对纳米气泡的研究具有重要的实际意义。纳米气泡尺寸很小且气体分子很难标记，因此检测比较困难。目前对其的检测方法受限于低的时间或空间分辨率，很难实现单个纳米气泡的动力学研究，因此该方面的研究进展缓慢，相关理论也不完善。表面等离子共振（SPR）显微成像技术具有很高的时间和空间分辨率，可以实现对纳米尺寸物质的检测，具备了目前其它纳米气泡研究方法无法比拟的优势。本项目在优化纳米气泡的产生方法的基础上，结合理论模拟、原子力显微镜和拉曼光谱等辅助工具，利用表面等离子共振显微镜实现了对纳米气泡大小的定量分析和反应产物的检测，并将该方法应用于不同反应体系的纳米气泡生成和湮灭动力学过程的研究。考察了不同形貌的纳米材料表面结构、不同类型的气体对纳米气泡产生的动力学曲线的影响，研究表明不同形貌的纳米材料表面结构、分子在界面的吸附和拉普拉斯压力对纳米气泡产生的动力学有很大的影响。该方法的建立为纳米气泡的成核、生长动力学过程的机理的揭示提供了重要的研究手段，推动纳米气研究的向前发展。