[發(fā)明專利]一種微納米氣泡內(nèi)部壓力計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011144104.1
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112345434B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊磊;馮宇;匡洋民;宋永臣;趙佳飛;劉延振;孫明瑞;國憲偉;張倫祥;劉衛(wèi)國;楊明軍;王大勇;劉瑜;張毅;凌錚;蔣蘭蘭;李洋輝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01L9/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發(fā)明屬于微納氣泡性質(zhì)測量領(lǐng)域，涉及到一種微納米氣泡內(nèi)部壓力計算方法。該方法用于準(zhǔn)確估算微納米氣泡的內(nèi)部壓強(qiáng)。其應(yīng)用Zeta電位儀測量微納米氣泡的平均Zeta電位，Nano?Sight NS300得到微納米氣泡的平均粒徑，通過方程計算出氣泡表面的電荷密度，利用表面電荷密度與表面張力系數(shù)之間的關(guān)系，計算表面張力系數(shù)，代入拉普拉斯方程計算氣泡內(nèi)部壓力。該方法打破了傳統(tǒng)的拉普拉斯方程方法的計算局限，避免了其計算過程中忽略氣泡表面電荷所帶來的誤差，彌補(bǔ)了單獨依靠拉普拉斯方程方法在計算微納米氣泡內(nèi)部壓力的不足，提供了更完善的微納米氣泡內(nèi)部壓力計算方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納氣泡性質(zhì)測量領(lǐng)域，涉及到一種結(jié)合Zeta與拉普拉斯方程計算微納米氣泡內(nèi)部壓力的方法。

背景技術(shù)

微納米氣泡是一種粒徑極小，且具有常規(guī)氣泡不具備的物理與化學(xué)性質(zhì)。由于其具有極小的粒徑，微納米氣泡擁有著比表面積大、上升速度慢、表面帶電、氣體溶解率高的特性。因為微納米氣泡擁有這些特性，所以它被廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域：在農(nóng)作物栽培方面，使用富含氧微納米氣泡的水灌溉，可以增加水中溶解氧，從而促進(jìn)植物根部生長發(fā)育；在污水處理方面，富含微納米氣泡的水可以促進(jìn)微生物的生物活性，并且微納米氣泡本身的表面帶電、富含強(qiáng)氧化性的自由基等特性，可以有效的加速有機(jī)污染物的分解；在果蔬清洗方面，臭氧微納米氣泡可以有效的在維持株型和原質(zhì)的情況下，進(jìn)行除菌。微納米氣泡的存活壽命是其應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)，也是當(dāng)前微納米氣泡研究的熱點問題，對于其壽命的研究離不開對其內(nèi)部壓力的研究。

目前，還沒有用來直接測量微納米氣泡的內(nèi)部壓強(qiáng)的有效手段，大多數(shù)研究者都是根據(jù)現(xiàn)有的拉普拉斯方程來估算氣泡內(nèi)部的壓強(qiáng)。而根據(jù)經(jīng)典拉普拉斯方程，粒徑為200nm的氣泡，內(nèi)部壓強(qiáng)可達(dá)1.56MPa，這種算法直接忽略了氣泡表面存在的電荷，進(jìn)而忽略了表面電荷對氣泡內(nèi)部壓力的作用，導(dǎo)致計算結(jié)果的不準(zhǔn)確，無法為微納米氣泡的長壽命作出機(jī)理性的解釋。因此，只有考慮將微納米氣泡內(nèi)部壓力的計算與納米氣泡本身的表面電荷相結(jié)合，才能更加準(zhǔn)確的得到微納米氣泡內(nèi)部壓強(qiáng)，這對微納米氣泡的應(yīng)用領(lǐng)域、相關(guān)機(jī)理解釋都有較大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，開發(fā)結(jié)合Zeta電位與拉普拉斯計算微納米氣泡內(nèi)部壓力的方法，用于準(zhǔn)確估算微納米氣泡的內(nèi)部壓強(qiáng)。其應(yīng)用Zeta電位儀測量微納米氣泡的平均Zeta電位，Nano-Sight NS300得到微納米氣泡的平均粒徑，通過方程計算出氣泡表面的電荷密度，利用表面電荷密度與表面張力系數(shù)之間的關(guān)系，可以計算出對應(yīng)的表面張力系數(shù)，代入拉普拉斯方程計算氣泡內(nèi)部壓力。該方法打破了傳統(tǒng)的拉普拉斯方程方法的計算局限，避免了其計算過程中忽略氣泡表面電荷所帶來的誤差，彌補(bǔ)了單獨依靠拉普拉斯方程方法在計算微納米氣泡內(nèi)部壓力的不足，提供了更完善的微納米氣泡內(nèi)部壓力計算方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種微納米氣泡內(nèi)部壓力計算方法，該方法Zeta電位儀獲取微納米氣泡的平均Zeta電位，Nano-Sight NS300得到微納米氣泡的平均粒徑，再計算氣泡表面電荷密度大小，通過表面電荷密度查詢表面張力系數(shù)，代入拉普拉斯方程準(zhǔn)確求解微納米氣泡的內(nèi)部壓力。

具體步驟如下：

第一步：獲取微納米氣泡Zeta電位及粒徑；

使用注射器將含有微納米氣泡的溶液注入馬爾文電泳池內(nèi)，確保注入過程無巨型氣泡產(chǎn)生，將電解池放入Zeta電位儀的電位槽中，選擇合適的參數(shù)測量微納米氣泡的Zeta電位；使用注射器將含有微納米氣泡的溶液注入Nano-Sight NS300樣品池，測量得到微納米氣泡的平均粒徑；

第二步：計算氣泡表面電荷密度；

將上一步測量得到的Zeta電位、粒徑代入經(jīng)過德拜-休克爾修正的Grahame方程，計算氣泡表面電荷密度：