Инженеры из Австралии впервые наблюдали в стабильном состоянии так называемый наноразмерный газ. Уильям Дукер(William Ducker) и Суехуа Чжан (Xuehua Zhang) из Университета Мельбурна (the University of Melbourne) исследовали очень тонкий слой из пузырьков углекислого газа толщиной около 10 нм на границе раздела гидрофобного твердого вещества и воды при постоянных внешних условиях. Группа ученых также обнаружила присутствие "нанопузырьков" воздуха. Полученные результаты не только разрешают долгий спор о существовании стабильного состояния наноразмерной газовой фазы, но также могут быть использованы в различных областях промышленности.

 Риcунок 1. Атомно-силовая микроскопия (AFM) "нанопузырьков" на границе раздела между гидрофобным твердым телом и водой. Ширина изображения составляет 8 мкм. "Нанопузырьки" предсталены в виде зеленых сферических "колпачков".

     Несмотря на то, что ранее учеными уже высказывалась гипотеза о существования стабильных "нанопузырьковых" объектов, до сих пор она ничем не была подтверждена. "Практический интерес сделанного открытия заключается в том, что, создавая такой тонкий газовый слой, мы, скорее всего, сможем изменять важные поверхностные свойства материалов, - комментирует Дукер. - Одним из таких важных приложений является возможность уменьшить силы трения при транспортировке жидкостей по трубам и, следовательно, снизить транспортные расходы, поскольку воздушная прослойка уменьшает вязкость". Также использование пузырьков позволит лучше контролировать коллоидную степень дисперсности, что, например, должно упростить процессы очистки нефти или стабилизации эмульсий.
        Исследователи наблюдали "нанопузырьки" в водном растворе углекислого газа при температуре 25-27 °C. Для этого гидрофобные кремниевые пластины были помещены в раствор, после чего углекислый газ "выступил" на поверхности кремния и образовал пузырьки. С помощью атомно-силовой микроскопии были получены качественные изображения, а инфракрасная спектроскопия показала, что вещество внутри "пузырьков", действительно, находилось в газовой фазе.
        "Нанопузырьки" имели диаметр около 10 нм и сохранялись в течение многих часов. Более того, исследователи также получили воздушные "нанопузырьки", которые были устойчивыми на протяжении многих дней, но, к сожалению, ученые не смогли выполнить спектроскопию этих структур.

Риcунок 2. Инфракрасный спектр структуры, показанной на Рисунке 1. Множество резких пиков в спектре - результат особого вращательного строения, которое имеет место только в том случае, если в исследуемом образце имеется газообразная фаза.

        Ученые полагают, что "нанопузырьки" весьма стабильны, поскольку давление внутри них близко к атмосферному. "Ранее исследователи (включая меня) считали, что "нанопузырьки" нестабильны, так как они находятся под высоким давлением, которое быстро сжимало бы газ, нахожящийся в них, - объяснил Дукер. - Мы же не только показали, что пузырьки существуют, но также продемонстрировали, что они являются стабильными образованиями, и объяснили, почему они находятся под низким давлением".
        Группа исследователей из Университета Мельбурна планирует продолжить исследования, теперь ученые поставили перед собой задачу получить более однородные и устойчивые "нанопузырьки".

Результаты исследования опубликованы в Phys. Rev. Lett