納米氣泡的穩(wěn)定性一直存在爭議，按照經(jīng)典的楊一拉普拉斯公式，氣泡體積越小，表面張力越大，內(nèi)部壓強(qiáng)越大，內(nèi)部壓強(qiáng)大會驅(qū)動氣泡內(nèi)氣體向液體擴(kuò)散溶解，表面張力和氣體逸出的結(jié)果使氣泡快速趨向縮小甚至崩解消失。例如，當(dāng)氣泡直徑為159納米時，可產(chǎn)生大約4.5個大氣壓的內(nèi)壓。這樣高的內(nèi)壓已達(dá)到氣泡快速崩解的條件。理論上納米氣泡不可能長時間存在，但許多研究發(fā)現(xiàn)納米氣泡壽命非常長，在液體中納米氣泡能長時間大量存在。
 

需要強(qiáng)調(diào)的是，納米氣泡長壽命的一個重要特點(diǎn)是有一個尺度范圍，大約在150納米，并且在50~500納米(見圖4-3)，條件如溫度、液體和氣體成分不同，這個范圍有一定變化。當(dāng)氣泡直徑小于50納米，如極小納米氣泡，仍然符合快速崩解的特點(diǎn);當(dāng)氣泡直徑超過500納米，正好處于經(jīng)典氣泡具有收縮趨勢的范圍。

圖4-3 不同尺度氣泡的特點(diǎn)
 

納米氣泡的浮力非常小，周圍溶液分子運(yùn)動影響相對很大，導(dǎo)致納米氣泡不能上浮到水面，可長時間懸浮在液體中。理論上5微米氣泡就不會上升，這種氣泡的浮力小于液體流動的干擾，氣泡之間和氣泡與液體分子之間的影響也相對比較大。關(guān)于納米氣泡內(nèi)壓，一些科學(xué)家不同意根據(jù)楊-拉普拉斯公式的理論計(jì)算值。杜爾曼計(jì)算了液滴的表面張力，并提出隨著體積縮小，表面張力相對降低，納米氣泡內(nèi)壓強(qiáng)也可能低于楊-拉普拉斯公式的理論計(jì)算值。長山等進(jìn)行的分子動力學(xué)模擬也發(fā)現(xiàn)，納米氣泡內(nèi)壓強(qiáng)遠(yuǎn)低于楊-拉普拉斯公式的理論計(jì)算值。吳承勛等進(jìn)行的氫氣汽油內(nèi)納米氣泡的分析發(fā)現(xiàn)，氫氣納米氣泡壽命可以穩(wěn)定121天。
 

納米氣泡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素是電動電位。納米氣泡表面負(fù)電位就是這種電動電位。納米氣泡與膠體顆粒的性質(zhì)類似，在表面都會形成一層電位，這種電位在物理學(xué)上有專門的名稱，稱為電動電位。納米氣泡電動電位的特征就是氣泡界面外側(cè)呈負(fù)電，內(nèi)側(cè)呈正電。電荷排斥與表面張力作用方向相反，具有降低內(nèi)壓和表面張力的作用。任何能增加負(fù)電荷的物質(zhì)都有利于氣一液界面，如用氫氧根離子或防靜電槍增加陰離子能縮小納米氣泡直徑。普通納米氣泡直徑約為150納米，二氧化碳納米氣泡混合1小時后直徑只有73納米，是因?yàn)槎趸細(xì)馀萁缑嬗懈邼舛忍妓岣x子。與表面電荷類似，納米氣泡之間缺乏分子間作用力(氣泡內(nèi)電子密度接近于零)，也能避免氣泡融合。分析發(fā)現(xiàn)，納米氣泡表面電荷能對抗表面張力，避免納米氣泡內(nèi)形成過高壓，能減少氣體因高壓向液體中溶解，避免氣泡發(fā)生崩解。氣泡達(dá)到平衡是穩(wěn)定的基礎(chǔ)，那么表面電荷密度對于氣泡穩(wěn)定性是重要的。當(dāng)納米氣泡發(fā)生收縮時，電荷密度隨之增加，在這個過程中，電荷起到使氣泡擴(kuò)張的作用。即使在平衡狀態(tài)，氣泡內(nèi)氣體仍然可以向未飽和的液體中溶解，除非這種液體表面也充滿該氣體。
 

鹽離子濃度是影響納米氣泡穩(wěn)定性的負(fù)面因素。納米氣泡穩(wěn)定性也會受溶液酸堿度等性質(zhì)的影響，溶液堿性越強(qiáng)，氣泡體積越大。氣泡與溶液之間氣體雙向擴(kuò)散、速率下降也是一種關(guān)鍵因素，這也類似于當(dāng)前比較熱門的界面水效應(yīng)的概念，納米氣泡大概算是一種最安全的界面水溶液制備方法。中國科學(xué)院上海高等研究院張立娟等曾經(jīng)用同步輻射軟X射線對納米氣泡表面這種水結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，證明納米氣泡殼是一種非常特殊的水結(jié)構(gòu)。