利用先进纳米探测技术对纳米气泡特性的研究

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1、博士学位论文利用先进纳米探测技术对纳米气泡特性的研究作者姓名：王兴亚指导教师:高兴宇研究员中国科学院上海应用物理研究所学位类别:理学博士学科专业:光学培养单位:中国科学院大学2018年6月StudyonthePropertyofNanobubblesbyAdvancedNano-detectionTechniques.AdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoc

2、torofPhilosophyinOpticsByWangXingyaSupervisor:ProfessorGaoXingyuUniversityofChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论

3、文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数

4、字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日摘要摘要纳米气泡的研究在近十年来发展非常迅速，已经成为界面科学领域的研究热点。纳米气泡在环境、生物、医学和保健等领域的重要应用不断凸现，如高效、无污染的水处理，促进动植物生长和富氢水的抗炎和抗氧化能力等。纳米气泡的基础研

5、究将对其未来在更多领域和方向的应用有着重要的指导意义。实际上，纳米气泡本身还存在着一些重要的科学问题。首先，对界面纳米气泡稳定机制的解释虽然提出了很多理论，但还存在着很多争议。另外，关于体相纳米气泡是否存在以及基本性质的研究较少。但体相纳米气泡的应用价值比界面纳米气泡更高。除此之外，由于测量技术手段上的限制，关于纳米气泡内部化学信息的研究也相对匮乏，但这些信息是理解和解释界面纳米气泡和体相纳米气泡稳定性的最有力的数据。基于以上问题，本论文使用新型原子力显微镜技术结合ForceVolume模式提出了一种区分纳米气泡和有机物液滴的简单方法，利用

6、先进的同步辐射技术-软X射线谱学显微技术（STXM）和硬X射线微聚焦荧光成像和吸收技术，结合纳米颗粒跟踪分析等技术首次对纳米气泡的界面行为和内部化学信息，以及纳米气泡的内部密度等性质进行了深入研究。根据研究内容，本论文可以分成如下几个部分。首先，提出了一种区分纳米气泡和有机物油滴的简单方法。针对目前存在的关于纳米气泡还是污染物的争论，本论文选取了PDMS(polydimethylsiloxane)油滴作为污染物的代表，利用原子力显微镜的PF-QNM模式对纳米气泡和PDMS纳米油滴的进行了系统性的测量和比较。实验先是提出了一种简单、高效的制备

7、纳米油滴的方法。接着，通过比较纳米气泡和PDMS纳米油滴的尺寸大小、接触角、软硬度等性质，发现无法将两者明显区分开来。最后，利用ForceVolume模式分别研究了纳米气泡和PDMS油滴的力学信息，发现纳米气泡具有非常明显的特征力曲线，即其Approaching力曲线和retracting力曲线上有两段较为平缓的区域，而PDMS纳米油滴则没有，油滴的力曲线只是线性的增大或减小。这样，通过力曲线的特征，可以直接在原子力显微镜实验中将纳米I利用先进纳米探测技术对纳米气泡特性的研究气泡与PDMS纳米油滴污染物进行区分。其次，利用先进的同步辐射软X

8、射线谱学显微技术对单个纳米气泡的界面行为和内部化学信息进行了研究。单个纳米气泡的内部化学信息对理解纳米气泡的稳定性至关重要。本实验采用了电化学产生氧气纳米气泡的制备方法，通过ST