近日，物理科学与技术学院在气泡物理领域取得重要进展。研究成果以“Extraordinary stability of surfactant-free bubbles suspended in ultrasound”为题发表在国际知名学术期刊《Droplet》上（期刊封面故事），并被Nature亮点报道。论文第一作者为博士生姬晓亮，通讯作者为臧渡洋教授，本科生蒋一辰也参与了这项工作。论文链接https://doi.org/10.1002/dro2.119。
气泡因其独特的界面力学与热力学性质，在许多自然现象和工业加工中扮演着至关重要的角色。然而，传统方法制备的气泡存在生命周期短和稳定性差等缺陷。为了获得长寿命的气泡，通常需要使用表面活性剂或微/纳米颗粒等作为稳定剂来消除排液，这不可避免地会导致气泡的“污染”。欧洲学者曾在国际空间站实现了纯水气泡的稳定和较长寿命，然而，能否在地面常重力条件下寻找一种不引入化学稳定剂的气泡稳定方法具有极大挑战性。
不同液体形成的超稳定声悬浮气泡
研究团队提出了利用超声场稳定气泡这一新方法，利用声腔共振机制形成了声悬浮气泡，发现其稳定性得到了显著提升。SDS气泡可以在超声环境下存在超过15min。即使没有任何表面活性剂的稳定作用，纯水气泡也可以稳定7min以上，这比常规气泡的寿命提高了两个数量级以上。此外，通过实验证明，在声场的稳定作用下气泡甚至能够在针刺等外部扰动下保持稳定。这种超稳定性是由于驻波声场在悬浮气泡的内外表面都提供了独特的声辐射压力分布，这样的声辐射压分布一方面平衡了液体重力，实现了稳定悬浮。另一方面对气泡膜提供了挤压作用，抵消了静水压力，从而抑制了其中的重力排液。该研究首创了通过超声悬浮稳定气泡的新方法，并进一步揭示了造成这种超稳定性的物理机制，并创立了“地面上最长寿命气泡”的吉尼斯世界纪录。这种无接触、无“污染”、超稳定的声悬浮气泡可以作为理想的生物/化学反应器，用于晶体生长、细胞培养的液体模板/独特的微环境，在材料工程、流体物理和生命科学等领域具有广阔的应用前景。
该工作得到了陕西省液体物理基础研究中心的平台支持和国家自然科学基金的资助。魏炳波院士和阿尔伯塔大学曾宏波院士也对该项工作给予了指导和大力支持。
臧渡洋教授团队一直致力于软物质界面研究，聚焦软物质在新材料、新能源和空间科技等国家重大战略需求领域的科学问题，探索软物质界面的物理-化学-力学耦合机制。在Nature，Nature Communications，Advanced Science，ACS Nano等国内外知名期刊发表论文80余篇。臧渡洋教授入选了国际先进材料学会会士（IAAM Fellow），担任The European Physical Journal E 和 Frontiers in Soft Matter 编委，担任Soft Matter顾问委员会委员。
(图文：赵博琨，蒋一辰；审核：晁小荣)