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近日，基础与前沿研究院/电子科技大学（深圳）高等研究院邓旭教授团队，在油水界面调控领域取得新进展，揭示了微结构限域条件下气泡自发生长并扩展为连续气膜的机制，实现了气膜介导的油水界面分离。相关成果以“Spontaneous gas film expansionat an oil–water interface”为题发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America，PNAS）。基础与前沿研究院2021级博士研究生张博文为论文第一作者，邓旭教授、杨金龙副研究员和物理学院陈龙泉教授为共同通讯作者。机电学院林世玑副教授，基础院周冠宇教授联合参与项目研究。电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

图1 原文标题

图2 微结构限域油水界面上微气泡自发扩展为连续气膜实现油水界面隔离

离心、膜过滤和化学破乳是常用的油水分离技术。离心利用油和水的密度差加快分层，膜过滤通过选择性截留分离两相，化学破乳则促使乳液中的小液滴聚并，便于后续分离。在油和水之间铺展一层连续气膜，就可以形成一道物理屏障，隔开原本直接接触的两种液体。气膜的形成会以油气和水气两个界面取代原有的油水界面，使界面自由能升高。因此，气泡难以自发沿油水界面铺展成膜。如何借助润湿与微结构设计，驱动气泡持续生长并沿油水界面扩展，是该研究关注的核心问题。针对这一问题，研究团队设计了低表面能微柱阵列，当油相在微柱间自发芯吸时，油水界面会发生弯曲，这一过程降低了局部油的压强。引入微气泡后，局部降压与气泡界面构型共同降低泡内空气分压，促使水中溶解的空气进入气泡。微结构进一步引导气泡横向扩展，气体推进又促进油相再分布和后续润湿，使微米级气泡可逐步形成毫米级连续气膜。

团队还建立了气体传输与毛细作用耦合模型，揭示了润湿性、结构尺寸及水中溶解空气含量对气膜生长的影响，并通过局部微结构设计引导气膜沿预设路径传播。

图3 微结构引导气膜图案化生长

该研究为理解受限多相界面的演化提供了新认识，也为水下气层恢复、界面分离和微尺度气体操控提供了设计思路。

上述研究得到了国家自然科学基金，以及中央高校基本科研业务费等项目的支持。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2606958123