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除了好看,為什麼晶瑩剔透的氣泡還能蘊藏巨大能量?

作者:教育非常有前途

一說到泡泡,“陽光下的泡沫,一觸就破”就像瞬間被打開的八音盒,開始一遍一遍地在耳朵邊上循環播放,停都停不下來。

除了好看,為什麼晶瑩剔透的氣泡還能蘊藏巨大能量?

GIF: giphy.com

“脆弱”仿佛已經成為了泡泡的專屬标簽,泡泡會破裂一點也不假,但你可能已經被泡泡嬌弱的外觀給騙了。

“表裡不如一”

泡泡最在行

“水能載舟,亦能覆舟”這句話想必大家的耳朵已經聽出了老繭,但在實際生活中,除非是船漏了,不然船怎麼會沉呢?

随着科學研究的深入,人們發現船可能真的會迷之沉沒,而這種現象的罪魁禍首可能就是海底火山和裂隙釋放出的大量水蒸汽、甲烷和CO2等氣體形成的氣泡,這些氣泡溢出會造成海面像燒水一樣“開鍋”,同時造成水的密度下降,經過的船受到的浮力也大大降低,瞬間沉入海底。

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央視做的“氣泡場”實驗 GIF: 央視

向海洋深處走去,“一碰就破”的泡泡在那裡成為了更有力的武器——手槍蝦擁有一大一小兩個“夾子”,在捕捉獵物時,瞬間彈出的大鳌能夠産生高速水流,同時激發許多“空化泡”,氣泡潰滅瞬間,周圍瞬時水溫可達到上千度,能産生200多分貝的噪聲(遠高于槍聲的150分貝),産生的聲波甚至還能幹擾軍艦的聲呐系統。這是一種低壓的空化氣泡,這種能量巨大的“氣蝕”能瞬間打暈獵物,成為手槍蝦的盤中餐。

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手槍蝦在發射 GIF: earth unplugged

泡泡的超能力

不止這麼點兒

這些泡泡雖然很厲害,但它們從存在時間上來說,乍一出現,很快就會破裂消失。能不能讓氣泡的壽命再延長一點?其實,人們對氣泡“可持續性”的研究一直在深入。

從1950年開始,就有了關于氣泡壽命和氣泡半徑關系的預測理論;到1994年,微納米氣泡的概念正式被提出,它也被用來解釋兩個物體之間的吸引力……這裡的“微納米氣泡”,就是一種可以在水中穩定存在幾分鐘甚至幾小時的特殊泡泡!它們的尺寸在1納米至50微米之間,比頭發直徑還小。

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普通泡泡和微納米氣泡 圖檔:library.utoronto

研究發現,與微納米氣泡結合的附體分子跟惡性良性腫瘤靶點有特異性的親和力。于是研究者利用微納米氣泡,制出了納米尺寸的超聲造影劑,在惡性良性腫瘤早期定量診斷和靶向治療方面,具有十分廣泛的應用前景[1]。

微納米氣泡不僅體積比普通氣泡小,更具有不同于普通氣泡的一些特殊性質。正如上面提到的,微納米氣泡擁有超長的存在時間。這是因為微納米氣泡表面電荷産生的ζ 電位很高,使溶液中的微納米氣泡之間具有排斥阻力,讓氣泡間能保持一定的距離,不僅避免了彼此聚結和破裂,也阻止了更大的氣泡的形成,進而促進了微納米氣泡的穩定 [2]。

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和普通氣泡水(左圖)相比,充滿微納米氣泡的水(向右滑動)看起來像乳白色的牛奶一樣。

同時,微納米氣泡由于過于小,使其表面張力對内氣體的壓縮作用更為顯著,在緩慢上升的過程中,比表面積和内部氣壓也在随之無限增大,最終内部達到一定極限值的時候破裂消失,并産生強大的微爆破力。

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幾種氣泡的差別 圖檔:參考資料:[3]

自20世紀80年代起,我國科考工作者就陸續發掘了廣東“南海一号”等重要沉船遺址,那些發掘出來的瓷器等文物在海水的腐蝕以及水生物的附着凝結下,幾乎已經面目全非。

如果用刀刮,很容易就造成堅硬表面的損傷,而化學清洗材料也有多多少少的腐蝕作用。而擁有高效界面活性和微爆破力的微納米氣泡就成功引起了科考工作者們的注意,而且在“南海一号”的清洗實踐中證明,微納米氣泡應對陳年老垢非常有效,粘連的器物可以成功分離,紋飾細節也可以得到完美保留。

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南海一号出土文物清洗前後的對比 圖檔:參考資料[4]

還沒完,微納米氣泡還能進行“魔法”攻擊——在破裂瞬間,由于氣液界面消失的劇烈變化,界面上集聚的高濃度離子将積蓄的化學能在瞬間被釋放,可以激發大量的羟基自由基[5]。這些羟基自由基就像行走的強氧化劑,不僅殺菌抑菌,還可以将苯酚這樣難分解的有機污染物降解成無機物。

而且為了達到更好的“療效”,目前微納米氣泡大多時候會跟紫外線或臭氧一起搭配,強強聯手發揮對工業廢水的處理作用,而且污染物的初始濃度越高,降解效果就越好[6],簡直就是工業領域的超強“洗滌靈”。

前沿科技的降維打擊

專攻生活難題

小小的微納米氣泡看似毫不起眼,但卻擁有非凡的獨門絕技。在下面這支視訊中,你能看到自然界中的氣泡是如何産生的,還能看到氣泡是如何被人類完美地融入到日常生活,甚至是熱水器中~

視訊加載中...

前沿科技的不斷發展進步也在不斷被改良,最終成功被民用。擁有101年曆史的林内(Rinnai)就從微納米氣泡的衆多優勢中收獲啟發,研發出了最新款的林内BLU-X氧霂熱水器,成功制成了微納活氧氣泡,讓普通人也能感受到這個微小氣泡帶來的高效魅力。

微納活氧氣泡和熱水器能碰撞出什麼火花?最最最重要的,當然是讓洗澡變得更爽了!

人體毛孔直徑為80-100μm,而普通水分子團為200-400μm左右。林内BLU-X氧霂熱水器産生的微納活氧氣泡,平均直徑50μm,比毛孔直徑還要小很多。回想一下現在的洗澡——沖水、塗洗面乳沐浴露、随便搓一搓、沖水,然後草草了事。權威第三方的檢測報告顯示,實驗員使用含微納活氧氣泡的水和普通水對受試者額頭皮膚進行油脂含量測試,發現經過微納活氧氣泡清洗過的油脂去除率高達88.8 %。在林内的幫助下,每天早上隻要簡單沖沖水,就能讓你的肌膚更淨透、元氣滿滿。

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圖檔: SGS 檢測報告SHES210200343671:熱水器微氣泡水對皮膚油脂,水分,溫度改善效果實驗

很多人對冬天洗澡十分排斥,要麼就是自我感覺良好認為白天沒怎麼出汗,要麼就是洗完澡得全身上下塗一遍身體乳,實在過于麻煩。但其實有了林内BLU-X氧霂熱水器,在冬天洗澡也能成為一件省心的事情。檢測報告表明,使用林内沐浴15分鐘後,肌膚含水量可以提升7.5%左右(普通水與微納活氧氣泡水的內插補點),保持更好的肌膚滋潤度,頭發的光澤度、柔順度也顯著增加。

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除了浴室,微納活氧氣泡在廚房水槽裡也可以大顯身手。從前洗碗刷鍋得用熱水+洗潔精兩把刷子,但微納活氧氣泡爆裂時産生的羟基自由基(OH-)有助于降解氧化油脂、細菌等污染物。通過無數活氧微氣泡爆裂瞬間形成的沖擊力配合上大量的羟基自由基,可高效消除果蔬類、肉類表面的大腸杆菌、金葡菌等有害細菌,細菌殘留一沖即淨,檢測結果表明,去除率可以高達99%,同時可提升果蔬清洗時的農殘去除率,環保又安心。

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林内BLU-X氧霂熱水器的清洗除菌效果 圖檔:檢測報告[8]

在視訊中,我們用林内釋出的微納活氧氣泡沖洗了各種蔬果,甚至連核桃這種究極挑戰都加上了,發現微納活氧氣泡根本沒在怕的,清洗效果十分顯著!

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那麼林内是如何掌握并解鎖微納活氧氣泡黑科技的呢?其實原料就隻有空氣和水,但是通過噴嘴閥門加速後的空氣在氣液混合泵智能增壓下,大氣泡被強力碎化,然後再通過突破性的“脫氣罐+自動排氣閥”将碎化後的氣泡進一步壓縮溶解,最終形成平均直徑 50μm的微納活氧氣泡,通過專用花灑和水龍頭得以強勁釋放。

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不過林内BLU-X氧霂熱水器可不是隻懂專業知識的學霸,它還是更懂使用者的貼心管家。它擁有獨家“冷熱沖”技能,通過冷熱交替按摩身體,再加上恒溫沐浴、增壓系統等支撐科技,在家就可以每天享受專業SPA機構的舒适體驗。

聯網後的林内BLU-X氧霂熱水器還可以在手機app上控制水溫和各種洗浴模式,保養、故障甚至瓦斯消耗量等細節資料,也都會及時提醒你~

看到這裡,你還會感覺“泡泡”就是那麼普通,那麼平凡嗎?其實泡泡本身并沒有什麼不同,但得益于現代科技結合使用場景,讓微納米氣泡擁有了更有價值的“靈魂”,也為洗澡、清潔這種日複一日的生活細節增加了難得的舒适感,生活小确幸?在林内BLU-X氧霂熱水器的助攻下簡直可以信手拈來~

參考文獻

[1] Yang, H., Cai, W., Xu, L., Lv, X., Qiao, Y., Li, P., ... & Duan, Y. (2015). Nanobubble–Affibody: Novel ultrasound contrast agents for targeted molecular ultrasound imaging of tumor. Biomaterials, 37, 279-288.

[2] Zimmerman, W. B. , Václav Tesa, & Bandulasena, H. . (2011). Towards energy efficient nanobubble generation with fluidic oscillation. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 16(4), 350-356.

[3] 楊麗, 廖傳華, 朱躍钊, 陳海軍, & 金勤芳. (2012). 微納米氣泡特性及在環境污染控制中的應用. 化工進展, 31(6), 1333-1337.

[4] 黃河, 楊慶峰, & 吳來明. (2017). 微納米氣泡清洗“南海一号”出水瓷器的安全性評價研究. 文物保護與考古科學, 029(003), 30-37.

[5] Takahashi, M., Chiba, K., & Li, P. (2007). Free-radical generation from collapsing microbubbles in the absence of a dynamic stimulus. The Journal of Physical Chemistry B, 111(6), 1343-1347.

[6] Chu, L. B., Xing, X. H., Yu, A. F., Zhou, Y. N., Sun, X. L., & Jurcik, B. (2007). Enhanced ozonation of simulated dyestuff wastewater by microbubbles. Chemosphere, 68(10), 1854-1860.

[7] SGS 檢測報告SHES210200343671:熱水器微氣泡水對皮膚油脂,水分,溫度改 善效果實驗

[8] SGS 檢測報告SHES210200343673:熱水器微氣泡水除菌效果