| 摘要 | 第5-7页 |
| abstract | 第7-9页 |
| 第1章 引言 | 第14-86页 |
| 1.1 纳米气泡的研究背景 | 第14-17页 |
| 1.2 纳米气泡的基本定义与分类 | 第17-21页 |
| 1.2.1 界面纳米气泡 | 第17-18页 |
| 1.2.2 体相纳米气泡 | 第18-19页 |
| 1.2.3 其他纳米气泡 | 第19-21页 |
| 1.2.3.1 石墨烯纳米气泡 | 第19-20页 |
| 1.2.3.2 金属中的纳米气泡和脂质体纳米气泡 | 第20-21页 |
| 1.3 纳米气泡的制备方法 | 第21-28页 |
| 1.3.1 醇水替换 | 第21-22页 |
| 1.3.2 电化学电解法 | 第22-24页 |
| 1.3.3 其他产生表面纳米气泡的方法 | 第24-25页 |
| 1.3.4 体相纳米气泡制备方法 | 第25-28页 |
| 1.4 纳米气泡的检测手段 | 第28-42页 |
| 1.4.1 原子力显微镜 | 第28-31页 |
| 1.4.2 光学显微镜 | 第31-34页 |
| 1.4.3 电子显微镜 | 第34-35页 |
| 1.4.4 红外谱学 | 第35页 |
| 1.4.5 同步辐射软x射线成像 | 第35-37页 |
| 1.4.6 基于表面增强效应的暗场显微镜 | 第37页 |
| 1.4.7 体相纳米气泡追踪技术 | 第37-42页 |
| 1.4.7.1 动态光散射 | 第38-39页 |
| 1.4.7.2 纳米粒子追踪技术 | 第39-40页 |
| 1.4.7.3 基于共振的质量测量 | 第40-42页 |
| 1.5 纳米气泡研究的基本科学问题 | 第42-56页 |
| 1.5.1 水中气泡的 Epstein-Plesset 理论 | 第42-46页 |
| 1.5.2 与经典理论的冲突 | 第46-49页 |
| 1.5.2.1 违背理论预测的超强稳定性 | 第46-47页 |
| 1.5.2.2 不遵循杨氏方程的接触角 | 第47-49页 |
| 1.5.3 基础研究新领域：在挫折与未知中前行 | 第49-54页 |
| 1.5.3.1 普遍接受的界面纳米气泡的存在性 | 第50-51页 |
| 1.5.3.2 受到质疑的体相纳米气泡的存在与稳定机制 | 第51-54页 |
| 1.5.4 工业应用与生物学效应探讨 | 第54-56页 |
| 1.6 纳米气泡的理论研究现状 | 第56-72页 |
| 1.6.1 唯象理论模型 | 第56-60页 |
| 1.6.1.1 理想气体下的模型 | 第56-57页 |
| 1.6.1.2 Knudsen 气体模型 | 第57-58页 |
| 1.6.1.3 高密度气体模型 | 第58-60页 |
| 1.6.2 现有解析研究理论 | 第60-72页 |
| 1.6.2.1 基于气体过饱和及三相线固定的气泡稳定性解释 | 第60-63页 |
| 1.6.2.2 基于 Lennard-Jones 势的分子动力学模拟 | 第63-66页 |
| 1.6.2.3 基于表面吸引势下的三相线固定的气泡稳定性的讨论 | 第66-72页 |
| 1.7 纳米气泡与空化作用 | 第72-85页 |
| 1.7.1 空化作用简介 | 第72-73页 |
| 1.7.2 声致发光现象 | 第73-75页 |
| 1.7.3 早期黑体辐射等解释机制的失败 | 第75-78页 |
| 1.7.4 小龙虾中的空化作用和声致发光效应 | 第78-80页 |
| 1.7.5 近年来“致密等离子体”新物态的讨论 | 第80-83页 |
| 1.7.6 气泡冷核聚变：神话的破灭 | 第83-84页 |
| 1.7.7 纳米气泡与空化作用探讨 | 第84-85页 |
| 1.8 关于本论文的内容安排 | 第85-86页 |
| 第2章 无污染便捷高效的长时冷冻水制备纳米气泡方法 | 第86-102页 |
| 2.1 研究背景与目的 | 第86-87页 |
| 2.2 实验材料与检测方法 | 第87-90页 |
| 2.2.1 纳米气泡的产生步骤：长时间冷却-滴加-静置 | 第87-88页 |
| 2.2.2 AFM成像测量 | 第88-89页 |
| 2.2.3 脱气对照 | 第89页 |
| 2.2.4 溶氧量测量 | 第89-90页 |
| 2.2.5 颗粒追踪技术 | 第90页 |
| 2.3 实验数据与分析 | 第90-101页 |
| 2.3.1 冷冻水和脱气水在基底上产生的纳米气泡对比 | 第90-91页 |
| 2.3.2 产生的纳米气泡的基本特性：大小、覆盖度、力曲线和硬度 | 第91-92页 |
| 2.3.3 统计纳米气泡数量和总体积 | 第92-96页 |
| 2.3.4 冷冻水中的溶氧量与冷却时间的关系 | 第96-98页 |
| 2.3.5 利用颗粒追踪排除污染物的引入 | 第98-99页 |
| 2.3.6 冷冻水产生纳米气泡的动态观测 | 第99-100页 |
| 2.3.7 探讨冷冻水方法在其他体系的有效性 | 第100-101页 |
| 2.4 讨论与总结 | 第101-102页 |
| 第3章 软x射线成像谱学获取纳米气泡内部的物化性质 | 第102-132页 |
| 3.1 研究背景与目的 | 第102-104页 |
| 3.2 实验材料与测量方案 | 第104-109页 |
| 3.2.1 样品准备 | 第104-105页 |
| 3.2.2 测试平台介绍 | 第105-106页 |
| 3.2.3 纳米气泡产生方法 | 第106-108页 |
| 3.2.3.1 电解水法 | 第106-107页 |
| 3.2.3.2 冷冻水法 | 第107-108页 |
| 3.2.4 软X射线吸收成像测量 | 第108-109页 |
| 3.3 实验数据与分析 | 第109-114页 |
| 3.3.1 样品制备可靠性的初步验证 | 第109-112页 |
| 3.3.1.1 光学成像分析 | 第109-110页 |
| 3.3.1.2 AFM成像分析 | 第110-111页 |
| 3.3.1.3 拉曼光谱分析 | 第111-112页 |
| 3.3.2 不同光子能量下纳米气泡的成像 | 第112-114页 |
| 3.4 纳米气泡的近边吸收谱 | 第114-119页 |
| 3.4.1 氧边的x射线近边吸收谱：氧气存在与否 | 第114-116页 |
| 3.4.2 氮边的x射线近边吸收谱：氮气存在与否 | 第116-119页 |
| 3.5 X射线近边吸收谱的物理内涵 | 第119-129页 |
| 3.5.1 估算纳米气泡内部的气体含量和内部压强 | 第122-126页 |
| 3.5.2 估算纳米气泡周围水中的气体含量 | 第126-128页 |
| 3.5.3 不同大小的纳米气泡的内部气体压强(密度) | 第128-129页 |
| 3.6 讨论与总结 | 第129-132页 |
| 3.6.1 与理想气体模型下纳米气泡内部压强理论值对比 | 第129-130页 |
| 3.6.2 受限空间下高密度(压强)气体的聚集机制的思考 | 第130-132页 |
| 第4章 分子动力学模拟探讨纳米气泡的物理图像与稳定机制 | 第132-168页 |
| 4.1 分子动力学模拟的基本原理 | 第132-136页 |
| 4.1.1 分子模拟发展历史 | 第132-133页 |
| 4.1.2 分子动力学的计算方程,力场,模型构建和计算平台 | 第133-135页 |
| 4.1.3 分子动力学模拟的实用性和局限性 | 第135-136页 |
| 4.2 纳米气泡研究体系搭建 | 第136-137页 |
| 4.3 均质表面上气体分子的富集行为 | 第137-146页 |
| 4.3.1 水中石墨表面上气体分子富集行为 | 第137-140页 |
| 4.3.2 不同气体分子数下纳米气层的形成 | 第140-141页 |
| 4.3.3 不同疏水性表面气体分子富集行为 | 第141-143页 |
| 4.3.4 亲水表面：铂(111)面上的气体吸附行为 | 第143-146页 |
| 4.4 非均质表面：亲疏水交替结构 | 第146-151页 |
| 4.4.1 亲疏水结构 pattern 设计的初衷与启发 | 第146-147页 |
| 4.4.2 亲疏水交替结构上纳米气泡的形成(N2,O2) | 第147-149页 |
| 4.4.3 初始体系溶液中气体过饱和度对气泡形成的影响 | 第149-150页 |
| 4.4.4 最终气泡稳定状态是否受模拟体系影响 | 第150-151页 |
| 4.5 不同乙醇/水溶液浓度对纳米气泡的形成和稳定的影响 | 第151-153页 |
| 4.6 纳米气泡内部在表面上富集的高密度气体层 | 第153-160页 |
| 4.6.1 AFM力曲线黏滞力段与基底界面附近原子排布的关系 | 第153-156页 |
| 4.6.2 分子模拟得到的纳米气泡内富集在表面的高密度气层 | 第156-158页 |
| 4.6.3 气泡大小是否影响内部密度的讨论 | 第158-160页 |
| 4.7 纳米气泡内部的高密度气体聚集机理 | 第160-165页 |
| 4.7.1 软X射线吸收谱得到的纳米气泡的内部气体状态 | 第160-161页 |
| 4.7.2 分子动力学模拟得到的高密度纳米气泡 | 第161-163页 |
| 4.7.3 水中气体分子和纳米气泡内部气体分子的扩散行为 | 第163-165页 |
| 4.8 受限空间下气体富集是否存在新机制：思考与探索 | 第165-168页 |
| 第5章 总结与展望 | 第168-176页 |
| 5.1 研究工作总结与创新点 | 第168-170页 |
| 5.2 对后续工作的展望 | 第170-176页 |
| 5.2.1 纳米气泡与纳米气层 | 第170-171页 |
| 5.2.2 关于体相纳米气泡 | 第171-172页 |
| 5.2.3 关于纳米气泡的应用 | 第172-173页 |
| 5.2.4 石墨烯/云母受限空间中界面水对多肽自组装行为的影响 | 第173-175页 |
| 5.2.5 纳米气泡内部“dense gas”状态形成的内在机制 | 第175-176页 |
| 参考文献 | 第176-196页 |
| 致谢 | 第196-200页 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 | 第200-201页 |
