來西北工業大學，看小“氣泡”開創大“奇跡”

李佩

你觀察過身邊的氣泡嗎？鍋里的水沸騰時、洗衣機轉動時、擰開汽水瓶蓋時、小朋友拿著泡泡機迎風奔跑時……氣泡無處不在。但你不知道的是，除了這些日常生活中的場景，在基礎研究和工業制造中，氣泡同樣扮演著至關重要的角色。

在科學家眼中，氣泡是一種有著獨特界面力學與熱力學性質的物質，礦物浮選、化工生產、食品加工、制藥等諸多領域都少不了氣泡的作用。但氣泡又非常脆弱，在空氣中保持幾秒鐘就會破裂。

為了獲得長壽命的氣泡，學者們想盡了辦法，有學者通過使用表面活性劑或微/納米顆粒等作為穩定劑來消除排液，卻不可避免地會導致氣泡被“污染”；也有外國學者雖然在國際空間站實現了純水氣泡的穩定和較長壽命，但卻不具有普適性。于是，在地面常重力條件下尋找一種不引入化學穩定劑的氣泡穩定方法成為一個極具挑戰性的難題。

然而就在不久前，西北工業大學（下文簡稱“西工大”）物理科學與技術學院傳來喜訊，臧渡洋教授課題組在氣泡物理領域取得重要進展，利用超聲場穩定氣泡這一新方法，通過聲腔共振機制形成聲懸浮氣泡，發現其穩定性得到了顯著提升。相關成果發表在國際知名學術期刊Droplet上，并被國際頂級學術期刊Nature亮點報道。

據了解，這項研究工作得到了陜西省液體物理基礎研究中心的平臺支持和國家自然科學基金的資助。魏炳波院士和阿爾伯塔大學曾宏波院士也對該項工作給予了指導和大力支持。另外，除了這些科研界聲名卓著的專家學者外，不少西工大學子也參與了這項工作，例如論文第一作者姬曉亮、第四作者蔣一辰，而后者還只是一名本科生。

多年以來，臧渡洋教授課題組一直致力于軟物質界面的研究，聚焦軟物質在新材料、新能源和空間科技等國家重大戰略需求領域的科學問題，探索軟物質界面的物理－化學－力學耦合機制。臧渡洋教授課題組在研究中發現，氣泡懸浮在超聲場中時，會表現出驚人的穩定性，即使不引入表面活性劑也可以保持數分鐘，同時，在聲場的穩定作用下，懸浮氣泡甚至可以被針刺后不破裂，擁有比正常氣泡更長的壽命。

與國內外同行相比，臧渡洋教授課題組的實驗既保證了氣泡在獲得長壽命的同時不被表面活性劑“污染”，同時又具備了較低的實驗成本與更靈活方便的實驗設置。該研究首創了通過超聲懸浮穩定氣泡的新方法，并進一步揭示了造成這種超穩定性的物理機制。

值得一提的是，這項研究也創造了“地面上最長壽命氣泡”的吉尼斯世界紀錄。那么，臧渡洋教授課題組是如何發現這一研究成果的呢？

十年磨劍，久久為功

回顧臧渡洋教授課題組與氣泡研究的“緣起”，還要追溯到2013年。兩位西工大學子在觀察聲場中懸浮的水滴時，偶然發現了穩定的氣泡，欣喜之余，課題組立馬展開了深入研究。經過一次次的猜想、驗證，又一次次推翻、重來，功夫不負有心人，課題組耗時5年終于發現了聲場誘發的液滴到氣泡的轉變現象，并揭示了這一轉變的聲腔共振機制。

精益求精，創新不止。臧渡洋教授課題組并未因這一小步的成功而停下腳步，愈發朝著現象背后的理論機制深入探究。

數年攻關終有所得，臧渡洋教授課題組通過長期研究發現，這種超穩定性是由于駐波聲場在懸浮氣泡的內外表面都提供了獨特的聲輻射壓力分布，聲輻射壓力分布一方面平衡了液體重力，實現了穩定懸浮；另一方面對氣泡膜提供了擠壓作用，抵消了靜水壓力，從而抑制了其中的重力排液。

通過這種方法研制的氣泡具有無接觸、無“污染”、超穩定的特性，可以作為理想的生物/化學反應器，用于晶體生長、細胞培養的液體模板或獨特的微環境，在材料工程、流體物理和生命科學等領域具有廣闊的應用前景。而課題組下一步的研究方向也已確定，將采用實驗和理論結合的方法探究聲懸浮氣泡的動力學和熱力學過程，為結晶過程的研究提供新思路。

小小氣泡，開啟了他的科研之路

十年飲冰，難涼熱血，任何一項突破性研究成果的取得，都離不開科研團隊的嘔心瀝血。十余年時間里，臧渡洋教授課題組的成員也在變化，有在此研究領域深耕多年的“常駐者”，也有初次接觸這一研究領域的“科研小白”。

此次課題組發表論文的第四作者蔣一辰便是一名西工大的大四學生，在項目中主要負責實驗操作、仿真計算、數據處理、封面插圖繪制等工作。據他介紹，自己進入臧渡洋教授課題組是在兩年前，那時的他只是一名大二學生，由于學業優秀、對科研也有興趣，加上課題組師兄的推薦與學院老師的支持，很順利便進入了臧渡洋教授課題組進行科研實習。

來到課題組后，蔣一辰參加的第一個課題就是超穩氣泡研究。直到現在，他還清楚地記得自己剛進實驗室的第一天，站在旁邊觀摩師兄構建懸浮氣泡的場景。他說：“師兄熟練地使用微型注射器，在發射端下輕輕推出液滴使其懸浮在超聲場中，微調發射端高度使液滴從圓潤慢慢變得扁平，然后凹陷，在一瞬間形成氣泡。”

氣泡形成的那一瞬間給蔣一辰的內心帶來不小的震撼，一股科學研究的動力油然而生。此后的日子里，他便在臧渡洋教授課題組開始了自己的科研之旅。在那里，他接受到了系統的科研技能學習與研究思維訓練，也感受著來自課題組的關懷與溫暖。臧渡洋教授對待科研的嚴謹細致，帶教師兄的耐心指導，以及師兄師姐們撰寫、修改稿件或繪制圖片時的精益求精，成了照亮他未來科研道路上的一束光。

跨學科，擴寬學習的廣度

值得一提的是，蔣一辰并非西工大物理科學與技術學院的學生，而是西工大航海學院的學生。能跨學科、跨學院參與臧渡洋教授的科研項目中，離不開西工大獨特的本科人才培養模式。

作為“三航”特色鮮明的國防軍工高校，西工大有著深厚的科研創新實踐基礎，并不斷將科研優勢轉化為育人優勢。為了使本科生盡早體驗學科前沿，感受高水平科學研究和工程實踐的過程、方法和成果，西工大將各類大平臺、大項目、大成果等優勢科研資源轉化為科研育人的重要載體，依托強大的學科基礎和師資團隊，面向本科生開放科研實驗室和大學生創新實踐基地，為學生參與高水平科學研究提供了堅實保障。

在西工大，學校鼓勵學生及早加入老師的科研隊伍，通過系統性的科研訓練，培養學生嚴謹的學習態度、邏輯性思維、協同創新能力。院士、國家教學名師、國家杰出青年基金獲得者等在內的200多名高水平教師化身學生科研道路上的引路人，為本科生的創新實踐指導保駕護航；航空科技創新基地、微小衛星技術及應用國家地方聯合工程實驗室、模擬聯合國等25個開放式大學生創新實踐基地面向本科生開放……學生們可以盡情暢想并追逐未來。

本科階段更側重于學習的廣度，而跨學科學習正是拓寬廣度的高效方案，在完成本專業學習之余，花費時間和精力投入在這方面是非常值得的。

不同學科之間既有差異又有聯系，在一個學科上的知識學習往往會對另一個學科的知識學習形成指導，互相促進、相輔相成。拿蔣一辰來舉例，他所在的航海學院更偏向工程領域的研究，但在臧渡洋教授課題組的這段科研經歷中，鍛煉了他在理論方面的研究思維，兩者相互補充，為他將來開展科研工作打下了良好基礎。

始于興趣，忠于熱愛。蔣一辰與超穩氣泡研究的故事即將告一段落，但他對于科研的熱情一如往昔。如今，他已經獲得了本校航海學院的直博資格，未來科研的重心將更多放在多學科設計優化等工程領域研究上。而他在臧渡洋教授課題組學到的科研思維與技能，將伴隨他走向更高更廣闊的平臺。

追光的人，終會光芒萬丈。越來越多和蔣一辰一樣的本科生，在西工大獨特的人才培養模式下，如氣泡一般在新時代的陽光下散發出更為耀眼的光芒。