近日，物理科學與技術學院在氣泡物理領域取得重要進展。研究成果以“Extraordinary stability of surfactant-free bubbles suspended in ultrasound”為題發表在國際知名學術期刊《Droplet》上（期刊封面故事），并被Nature亮點報道。論文第一作者為博士生姬曉亮，通訊作者為臧渡洋教授，本科生蔣一辰也參與了這項工作。論文鏈接https://doi.org/10.1002/dro2.119。
氣泡因其獨特的界面力學與熱力學性質，在許多自然現象和工業加工中扮演著至關重要的角色。然而，傳統方法制備的氣泡存在生命周期短和穩定性差等缺陷。為了獲得長壽命的氣泡，通常需要使用表面活性劑或微/納米顆粒等作為穩定劑來消除排液，這不可避免地會導致氣泡的“污染”。歐洲學者曾在國際空間站實現了純水氣泡的穩定和較長壽命，然而，能否在地面常重力條件下尋找一種不引入化學穩定劑的氣泡穩定方法具有極大挑戰性。
不同液體形成的超穩定聲懸浮氣泡
研究團隊提出了利用超聲場穩定氣泡這一新方法，利用聲腔共振機制形成了聲懸浮氣泡，發現其穩定性得到了顯著提升。SDS氣泡可以在超聲環境下存在超過15min。即使沒有任何表面活性劑的穩定作用，純水氣泡也可以穩定7min以上，這比常規氣泡的壽命提高了兩個數量級以上。此外，通過實驗證明，在聲場的穩定作用下氣泡甚至能夠在針刺等外部擾動下保持穩定。這種超穩定性是由于駐波聲場在懸浮氣泡的內外表面都提供了獨特的聲輻射壓力分布，這樣的聲輻射壓分布一方面平衡了液體重力，實現了穩定懸浮。另一方面對氣泡膜提供了擠壓作用，抵消了靜水壓力，從而抑制了其中的重力排液。該研究首創了通過超聲懸浮穩定氣泡的新方法，并進一步揭示了造成這種超穩定性的物理機制，并創立了“地面上最長壽命氣泡”的吉尼斯世界紀錄。這種無接觸、無“污染”、超穩定的聲懸浮氣泡可以作為理想的生物/化學反應器，用于晶體生長、細胞培養的液體模板/獨特的微環境，在材料工程、流體物理和生命科學等領域具有廣闊的應用前景。
該工作得到了陜西省液體物理基礎研究中心的平臺支持和國家自然科學基金的資助。魏炳波院士和阿爾伯塔大學曾宏波院士也對該項工作給予了指導和大力支持。
臧渡洋教授團隊一直致力于軟物質界面研究，聚焦軟物質在新材料、新能源和空間科技等國家重大戰略需求領域的科學問題，探索軟物質界面的物理-化學-力學耦合機制。在Nature，Nature Communications，Advanced Science，ACS Nano等國內外知名期刊發表論文80余篇。臧渡洋教授入選了國際先進材料學會會士（IAAM Fellow），擔任The European Physical Journal E 和 Frontiers in Soft Matter 編委，擔任Soft Matter顧問委員會委員。
(圖文：趙博琨，蔣一辰；審核：晁小榮)
