The existence and stability of bulk nanobubbles:a long-standing dispute on the experimentally observed mesoscopic inhomogeneities in aqueous solutions

In theory,nanobubbles can stably exist with a lifetime of microseconds at most,but numerous experimental observations demonstrate that nanobubbles in bulk solution can be stable from hours to weeks.Although various conjectures on the stability mechanism of bulk nanobubbles,such as the contaminant mechanism,skin mechanism,surface zeta potential mechanism,are proposed,there has not yet been a unified conclusion.Since bulk nanobubbles show great potential in a wide spectrum of applications and are relevant to a number of unsolved questions on cavitation and nucleation,the debate over their stability mechanisms has been active.In the past,extensive studies have been carried out to understand the mechanism of nanobubble stability,and important insights have already been provided.This paper will provide a brief overview of our current understanding of the unexpected stability of bulk nanobubbles.     

用实验吸附等温线和计算机分子模拟表征中孔分子筛MCM-41

首先比较了表征MCM-41的两个势模型对吸附等温线的影响。发现在一维势模型 中，低压部分的吸附应与选用的势模型的势阱深度有关，而毛细凝聚发生的位置与 孔壁在离壁面较远处与流体分子的相互作用的强弱有关。然后作者使用了一个“混 合”的势模型，即采用作者提出的势函数表征孔壁中氧原子对MCM-41中流体分子的 作用，而采用Tjatjopoulos等提出的势函数近似地表征MCM-41表面硅醇基团以及一 些未知因子对流体分子的作用。虽然这种势模型仍然是一维的，但这种势模型将孔 壁内氧原子的作用和表面上非均匀性分开考虑，具有较明确的物理意义。通过计算 机模拟与实验数据的比较发现，这种势模型可以较好地拟合氮气在MCM-41中的吸附 等温线。     

甲烷在中孔分子筛MCM-41中吸附的计算机模拟

采用巨正则系综Monte Carlo方法研究了甲烷在两个不同孔径的MCM-41中不同温度下的吸附等温线和其在孔中的相行为和排列方式.模拟结果显示,在较小孔径的MCM-41中,流体分子达到毛细凝聚所需的化学位较小,并且观察到两个孔径下计算机模拟得到的亚稳态区域都非常宽,使得层状转变（如果有的话）被包含在这个区域.通过比较两种孔径下达到毛细凝聚后的构型,可以看出,在3.5 nm的孔中流体的分子结构出现非常有序的排列,而在5.0 nm的孔中则没有.在常温300 K时甲烷的吸附的计算机模拟表明,孔壁对流体分子的作用仅仅影响较靠近壁面附近的流体分子的排列,而对孔中间的分子几乎没有影响.     

二次图构形的边搜索法及其Orlik-Solomon代数的上同调

本文研究了一类特殊的图构形,即二次图构形.首先,给出了弦图的边搜索法,用边搜索法可以决定弦图所对应的超平面构形中超平面的哪些排序使构形是二次均.其次,对二次图构形的Orlik-Solomon代数作为线性空间的维数进行了计算,得到了它的Poincare多项式的表达式.最后,对二次图构形Orlik-Solomon代数的上同调进行了研究,对边缘算子集中在秩为二的模元时,得到了二次图构形的Orlik-Solomon代数的上同调的维数计算公式.     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度，孔径以及压力对吸附的分子数密度，重量百分比，单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现，较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时，氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%，这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍，而单位体积储存能力在DOE目标值附近，而在300 K和 6 MPa时，氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明，密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

氮气在MCM－41分子筛中的吸附：实验和分子模拟

用美国Micromeritics公司生产的ASAP2010物理吸附仪测定了低温（77 K） N_2在MCM-41分子筛中的吸附等温线，获得了表征MCM-41特征的BET比表面、BJH孔 容和平均孔径。同时用巨正则Monte Carlo（GCMC）模拟方法考究了N_2在MCM-41中 的吸附，得到了N_2在MCM-41中的模拟吸附等温线，分析了流体在MCM-41分子筛中 的微观结构。GCMC模拟中MCM-41介孔材料模型化为圆柱孔，N_2模型化为Lennard- Jones（LJ）球。N_2和MCM-41介孔墙壁间的相互作用采用Tjatjopoulos-Feke- Mann（TFM）势能模型进行表征。通过使模拟和实验结果有一个好的吻合，确定了 一组有效的MCM-41分子筛的势能参数（σ_(ww) = 0.265 nm，∈_(ww)/k = 190 K ）。这为以后其他吸附质在MCM-41中吸附的预测奠定了基础、提供了依据。     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度，孔径以及压力对吸附的分子数密度，重量百分比，单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现，较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时，氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%，这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍，而单位体积储存能力在DOE目标值附近，而在300 K和 6 MPa时，氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明，密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

A review of recent theoretical and computational studies on pinned surface nanobubbles

The observations of long-lived surface nanobubbles in various experiments have presented a theoretical challenge, as they were supposed to be dissolved in microseconds owing to the high Laplace pressure. However, an increasing number of studies suggest that contact line pinning, together with certain levels of oversaturation, is responsible for the anomalous stability of surface nanobubbles. This mechanism can interpret most characteristics of surface nanobubbles. Here, we summarize recent theoretical and computational work to explain how the surface nanobubbles become stable with contact line pinning. Other related work devoted to understanding the unusual behaviors of pinned surface nanobubbles is also reviewed here.     

密度泛函与分子模拟计算介孔孔径分布比较

用巨正则系综Monte Carlo模拟(GCMC)方法和密度泛函理论（ DFT）结合统计积分方程（SIE）计算了介孔材料的孔径分布.为比较这两种方法,以77 K氮气在介孔活性碳微球中的吸附数据为依据,求出其孔径分布.在GCMC模拟和DFT计算中,流体分子模型化为单点的Lerrnard-Jones球;流体分子与吸附剂材料之间的作用采用平均场理论中的10-4-3模型.在DFT方法中,自由能采用Tarazona 提出的加权近似密度泛函方法(weighted density approximation,WDA)求解.结果表明,对于孔径大于1.125 nm的介孔材料,GCMC和DFT两种方法都可以用来研究介孔材料的孔径分布;对于小于1.125 nm的介孔材料,不能用DFT方法计算孔径分布（DFT方法本身的近似产生了误差）,只能用分子模拟方法.     

单壁碳纳米管中甲烷吸附的分子模拟

采用巨正则系统MonteCarlo方法研究了甲烷在单壁碳纳米管(Singlewallcarbonnanotube,SWNT)中于低温74.05K下的吸附等温线及吸附机理,发现在两个较小的孔径(1.225nm和1.632nm)下单壁碳纳米管中甲烷的吸附有着明显的微孔所独有的“填充效应”,而在2.04nm以上的孔的吸附中会出现毛细凝聚现象。通过模拟知道发生毛细凝聚的必要条件是孔内能至少容纳下两层粒子,此外还导出在恒定温度下毛细凝聚吸附量与SWNT孔径关系。本文还模拟了常温300K下甲烷在SWNT内的吸附,对比了2.04nm和4.077nm两种孔径的SWNT吸附甲烷的等温线,推荐在4.077nm孔中的适宜吸附存储压力为5.0～6.0MPa,吸附质量分数可达16%～19%.