表面纳米气泡成核、演化与稳定性的定量热力学分析

表面纳米气泡是复杂的微纳尺度流体系统。尽管热力学被认为主导着纳米气泡的动力学，但热力学驱动纳米气泡演化的精确机制仍不清楚。理解纳米气泡的成核与生长、纳米尺度接触线运动以及跨液-泡界面的气体扩散如何同时由自由能变化驱动，并最终导致表面纳米气泡系统的热力学平衡，至关重要。在本文中，我们首先提出了一个定量的理论模型，以阐明表面纳米气泡流体系统动力学和稳定性背后的热力学主导作用。本模型表明，热力学非平衡驱动着表面纳米气泡的气体扩散和接触线运动。克服成核能垒对于气泡的成核和生长至关重要。表面纳米气泡朝着系统自由能降低的方向演化，并在自由能最小的状态达到稳定。热力学平衡伴随着接触线处的力学平衡和液-泡界面处的气体扩散平衡，且理论结果与实验中观察到的纳米气泡形态高度一致。该研究强调了气体性质和周围环境条件在促进气泡成核和稳定性方面的重要影响。