納米氣泡比表面積大的特點符合一般納米材料規(guī)律，也是納米氣泡作為氣液技術(shù)的重要基礎(chǔ)。氫水制造技術(shù)有兩個關(guān)鍵問題，一個是氣體在水中的溶解效率，另一個是氫水的穩(wěn)定性。納米氣泡可以說完美地解決了這兩個問題，不僅有效提高了氣液接觸面積，而且因為納米氣泡的長壽命提高了氫水的穩(wěn)定性。
 

氣泡表面積與氣泡直徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此同樣體積的氣泡，100納米直徑氣泡的表面積是10微米直徑氣泡的表面積的100倍。理論上氣泡形成消耗的能量依賴于界面面積，界面面積取決于氣泡表面張力。直徑小于25微米的小氣泡表面剛性強，類似于高壓氣球，不容易崩解。數(shù)毫米直徑的大氣泡表面比較柔軟，很容易變形崩解。大氣泡的浮力比較大，很容易上升到液面。
 

氣泡上浮速度與氣泡直徑的平方成正比，這種關(guān)系只適用于小氣泡。直徑大于2毫米的大氣泡外形會發(fā)生變化，上升速度不受直徑影響。直徑小于1微米的納米氣泡上升速度非常慢，遠(yuǎn)低于布朗運動的速度，整體上表現(xiàn)為不上升。
 

除浮力外，直徑小于25微米的小氣泡有自動收縮趨勢。根據(jù)亨利定律，溶液中溶解氣體的分壓與氣泡內(nèi)氣體分壓一致時，氣泡內(nèi)氣體溶解與溶液中氣體向氣泡內(nèi)釋放達(dá)到平衡。小氣泡由于表面張力作用內(nèi)壓增加，造成氣泡內(nèi)氣體分壓超過氣泡周圍溶解氣體分壓，這會導(dǎo)致氣泡進一步縮小，體積縮小后表面張力效應(yīng)增強，這種正反饋效應(yīng)會使氣泡迅速崩解。相反，因為大氣泡上升，周圍靜水壓下降，內(nèi)壓降低，氣泡體積增大后氣泡內(nèi)氣體分壓降低，溶液中氣體向氣泡內(nèi)釋放會導(dǎo)致氣泡體積逐漸增大，表面張力效應(yīng)降低，氣泡內(nèi)壓進一步降低。所以，在某氣體飽和溶液中，這種氣體的氣泡有大者增大，小者縮小的趨勢。氣泡的特性非常符合馬太效應(yīng)(見圖4-2)。
 

圖4-2 經(jīng)典氣泡的馬太效應(yīng)
 

納米氣泡的較強靜電場能避免氣泡發(fā)生融合，并且能對抗浮力作用。氣泡所帶電荷大小一般用zeta電位來表示。因氣泡在水中帶負(fù)電，所以zeta電位一般是負(fù)值，大多數(shù)與氣泡直徑無關(guān)。zeta電位受水的pH值影響非常大，也受到離子強度影響。所有氣泡都帶負(fù)電荷，相互之間的靜電排斥力能限制氣泡融合。氣泡越小，融合需要的能量越大。所以，小氣泡可以增大或縮小，但不容易發(fā)生融合和崩解。
 

不可溶性氣體可以形成超長壽命的納米氣泡。根據(jù)楊一拉普拉斯公式，氣泡直徑越小，內(nèi)壓越大。1微米氣泡的內(nèi)壓約為1.4個大氣壓，100納米氣泡的內(nèi)壓約為14個大氣壓。納米氣泡內(nèi)壓會達(dá)到非常高的水平，足以讓內(nèi)部氣體迅速溶解消失。這與納米氣泡具有長壽命的事實不符，說明經(jīng)典理論本身存在缺陷。所以楊-拉普拉斯公式已經(jīng)不適用于納米氣泡。有人提出可能是表面材料對表面張力產(chǎn)生的影響，也有人認(rèn)為是過飽和溶液能降低納米氣泡表面張力，這也是納米氣泡長壽命的原因。若氣泡的氣-液界面包含表面活性劑如蛋白質(zhì)或去垢劑，則表面活性劑能降低表面張力，降低氣泡內(nèi)壓，增加氣泡穩(wěn)定性。
 

納米氣泡技術(shù)是有效的氣液混合技術(shù)，過去20年，這一技術(shù)受到大量研究人員的關(guān)注，多數(shù)研究集中在微納米氣泡制備、測定和納米氣泡特性分類等方面。