數十微米(一微米爲百萬分之一米)的氣泡「微泡」大量分散在水中形成的微泡水,在日常生活中多用於碳酸水和浴室的按摩浴缸,在產業界則被用於魚貝介類的養殖和半導體設備的清洗用水。通常情況下,水中的氣泡會擧升至水面後消失,但有報告顯示,比微泡更小的奈米泡能在水中穩定存在數週乃至數月左右。但目前還沒有能夠說明這一現象的理論。
九州工業大學研究生院資訊工學研究院植松佑輝副教授等人,用顯微鏡觀察微泡,發現了能夠預測每個氣泡所遵循的尺寸變化規律。具體做法是,用顯微鏡觀察約1000個微泡,每1分鐘拍攝一次影像;然後用電腦分析影像,獲取了每個氣泡半徑在90分鐘内的時間變化資料。分析結果表明,在某個時間點,大於平均半徑的氣泡會膨脹,小於平均半徑的氣泡會收縮。這是一種與飽和結晶溶液中有大量結晶顆粒時小顆粒會變得更小、大顆粒會變得更大的「奧士華熟化」相同的現象,可以定量地預測和說明水中微泡的變化。
用顯微鏡觀察得到的微泡水(左)和有關半徑速度的半徑依賴性模式圖(右)。實線表示的是,氣泡内的氣體分子從小氣泡向大氣泡擴散的奧士華熟化理論。
本次研究的成果,將成爲改進微泡水氣泡尺寸控制方法、以及解釋奈米泡的穩定性的關鍵,研究小組將繼續操作推進相關研究。未來,此項發現還有可能爲開發不使用清潔劑也能去除污垢的清洗用水、增加蔬菜產量、提高魚貝介類養殖存活率的農業漁業用水等多個領域做出貢獻。
原文:JSTnews 2023年3月號
翻譯:JST客觀日本編輯部