来西北工业大学，看小“气泡”开创大“奇迹”

李佩

你观察过身边的气泡吗？锅里的水沸腾时、洗衣机转动时、拧开汽水瓶盖时、小朋友拿着泡泡机迎风奔跑时……气泡无处不在。但你不知道的是，除了这些日常生活中的场景，在基础研究和工业制造中，气泡同样扮演着至关重要的角色。

在科学家眼中，气泡是一种有着独特界面力学与热力学性质的物质，矿物浮选、化工生产、食品加工、制药等诸多领域都少不了气泡的作用。但气泡又非常脆弱，在空气中保持几秒钟就会破裂。

为了获得长寿命的气泡，学者们想尽了办法，有学者通过使用表面活性剂或微/纳米颗粒等作为稳定剂来消除排液，却不可避免地会导致气泡被“污染”；也有外国学者虽然在国际空间站实现了纯水气泡的稳定和较长寿命，但却不具有普适性。于是，在地面常重力条件下寻找一种不引入化学稳定剂的气泡稳定方法成为一个极具挑战性的难题。

然而就在不久前，西北工业大学（下文简称“西工大”）物理科学与技术学院传来喜讯，臧渡洋教授课题组在气泡物理领域取得重要进展，利用超声场稳定气泡这一新方法，通过声腔共振机制形成声悬浮气泡，发现其稳定性得到了显著提升。相关成果发表在国际知名学术期刊Droplet上，并被国际顶级学术期刊Nature亮点报道。

据了解，这项研究工作得到了陕西省液体物理基础研究中心的平台支持和国家自然科学基金的资助。魏炳波院士和阿尔伯塔大学曾宏波院士也对该项工作给予了指导和大力支持。另外，除了这些科研界声名卓著的专家学者外，不少西工大学子也参与了这项工作，例如论文第一作者姬晓亮、第四作者蒋一辰，而后者还只是一名本科生。

多年以来，臧渡洋教授课题组一直致力于软物质界面的研究，聚焦软物质在新材料、新能源和空间科技等国家重大战略需求领域的科学问题，探索软物质界面的物理－化学－力学耦合机制。臧渡洋教授课题组在研究中发现，气泡悬浮在超声场中时，会表现出惊人的稳定性，即使不引入表面活性剂也可以保持数分钟，同时，在声场的稳定作用下，悬浮气泡甚至可以被针刺后不破裂，拥有比正常气泡更长的寿命。

与国内外同行相比，臧渡洋教授课题组的实验既保证了气泡在获得长寿命的同时不被表面活性剂“污染”，同时又具备了较低的实验成本与更灵活方便的实验设置。该研究首创了通过超声悬浮稳定气泡的新方法，并进一步揭示了造成这种超稳定性的物理机制。

值得一提的是，这项研究也创造了“地面上最长寿命气泡”的吉尼斯世界纪录。那么，臧渡洋教授课题组是如何发现这一研究成果的呢？

十年磨剑，久久为功

回顾臧渡洋教授课题组与气泡研究的“缘起”，还要追溯到2013年。两位西工大学子在观察声场中悬浮的水滴时，偶然发现了稳定的气泡，欣喜之余，课题组立马展开了深入研究。经过一次次的猜想、验证，又一次次推翻、重来，功夫不负有心人，课题组耗时5年终于发现了声场诱发的液滴到气泡的转变现象，并揭示了这一转变的声腔共振机制。

精益求精，创新不止。臧渡洋教授课题组并未因这一小步的成功而停下脚步，愈发朝着现象背后的理论机制深入探究。

数年攻关终有所得，臧渡洋教授课题组通过长期研究发现，这种超稳定性是由于驻波声场在悬浮气泡的内外表面都提供了独特的声辐射压力分布，声辐射压力分布一方面平衡了液体重力，实现了稳定悬浮；另一方面对气泡膜提供了挤压作用，抵消了静水压力，从而抑制了其中的重力排液。

通过这种方法研制的气泡具有无接触、无“污染”、超稳定的特性，可以作为理想的生物/化学反应器，用于晶体生长、细胞培养的液体模板或独特的微环境，在材料工程、流体物理和生命科学等领域具有广阔的应用前景。而课题组下一步的研究方向也已确定，将采用实验和理论结合的方法探究声悬浮气泡的动力学和热力学过程，为结晶过程的研究提供新思路。

小小气泡，开启了他的科研之路

十年饮冰，难凉热血，任何一项突破性研究成果的取得，都离不开科研团队的呕心沥血。十余年时间里，臧渡洋教授课题组的成员也在变化，有在此研究领域深耕多年的“常驻者”，也有初次接触这一研究领域的“科研小白”。

此次课题组发表论文的第四作者蒋一辰便是一名西工大的大四学生，在项目中主要负责实验操作、仿真计算、数据处理、封面插图绘制等工作。据他介绍，自己进入臧渡洋教授课题组是在两年前，那时的他只是一名大二学生，由于学业优秀、对科研也有兴趣，加上课题组师兄的推荐与学院老师的支持，很顺利便进入了臧渡洋教授课题组进行科研实习。

来到课题组后，蒋一辰参加的第一个课题就是超稳气泡研究。直到现在，他还清楚地记得自己刚进实验室的第一天，站在旁边观摩师兄构建悬浮气泡的场景。他说：“师兄熟练地使用微型注射器，在发射端下轻轻推出液滴使其悬浮在超声场中，微调发射端高度使液滴从圆润慢慢变得扁平，然后凹陷，在一瞬间形成气泡。”

气泡形成的那一瞬间给蒋一辰的内心带来不小的震撼，一股科学研究的动力油然而生。此后的日子里，他便在臧渡洋教授课题组开始了自己的科研之旅。在那里，他接受到了系统的科研技能学习与研究思维训练，也感受着来自课题组的关怀与温暖。臧渡洋教授对待科研的严谨细致，带教师兄的耐心指导，以及师兄师姐们撰写、修改稿件或绘制图片时的精益求精，成了照亮他未来科研道路上的一束光。

跨学科，扩宽学习的广度

值得一提的是，蒋一辰并非西工大物理科学与技术学院的学生，而是西工大航海学院的学生。能跨学科、跨学院参与臧渡洋教授的科研项目中，离不开西工大独特的本科人才培养模式。

作为“三航”特色鲜明的国防军工高校，西工大有着深厚的科研创新实践基础，并不断将科研优势转化为育人优势。为了使本科生尽早体验学科前沿，感受高水平科学研究和工程实践的过程、方法和成果，西工大将各类大平台、大项目、大成果等优势科研资源转化为科研育人的重要载体，依托强大的学科基础和师资团队，面向本科生开放科研实验室和大学生创新实践基地，为学生参与高水平科学研究提供了坚实保障。

在西工大，学校鼓励学生及早加入老师的科研队伍，通过系统性的科研训练，培养学生严谨的学习态度、逻辑性思维、协同创新能力。院士、国家教学名师、国家杰出青年基金获得者等在内的200多名高水平教师化身学生科研道路上的引路人，为本科生的创新实践指导保驾护航；航空科技创新基地、微小卫星技术及应用国家地方联合工程实验室、模拟联合国等25个开放式大学生创新实践基地面向本科生开放……学生们可以尽情畅想并追逐未来。

本科阶段更侧重于学习的广度，而跨学科学习正是拓宽广度的高效方案，在完成本专业学习之余，花费时间和精力投入在这方面是非常值得的。

不同学科之间既有差异又有联系，在一个学科上的知识学习往往会对另一个学科的知识学习形成指导，互相促进、相辅相成。拿蒋一辰来举例，他所在的航海学院更偏向工程领域的研究，但在臧渡洋教授课题组的这段科研经历中，锻炼了他在理论方面的研究思维，两者相互补充，为他将来开展科研工作打下了良好基础。

始于兴趣，忠于热爱。蒋一辰与超稳气泡研究的故事即将告一段落，但他对于科研的热情一如往昔。如今，他已经获得了本校航海学院的直博资格，未来科研的重心将更多放在多学科设计优化等工程领域研究上。而他在臧渡洋教授课题组学到的科研思维与技能，将伴随他走向更高更广阔的平台。

追光的人，终会光芒万丈。越来越多和蒋一辰一样的本科生，在西工大独特的人才培养模式下，如气泡一般在新时代的阳光下散发出更为耀眼的光芒。