近日，华东理工大学机械与动力工程学院特聘副研究员刘博在气液两相流基础理论领域取得重要突破，相关成果以“液膜薄化过程中纳米尺度输运行为抑制了电解液溶液中的气泡聚并”为题在线发表于国际知名期刊《物理评论快报》，入选编辑推荐，并被物理科普杂志《物理杂志》以“为什么海水容易产生白色泡沫”为题作亮点报道。
海水中经常可以看到白色的浪花，但在湖泊、河流中很难看到。这主要是因为海水中溶解的盐分（电解质）抑制了气泡的聚并，使得风浪冲击生成的小气泡停留在海水中，折射光线形成白色浪花。而在湖泊、河流中，风浪冲击形成的小气泡会迅速聚并，变成大气泡升浮、破裂进入大气中。海水中的小气泡对于海洋-大气物质传递（CO2溶解、气溶胶生成）具有重要作用，数十年来引起了科研人员的广泛关注。但盐分不具备表面活性，且可抑制双电层斥力，按照传统胶体稳定性理论，盐分应该促进而非抑制气泡聚并；该传统理论-实际观测的冲突成为困扰科学家们几十年的难题。
图片说明：白色的海浪
刘博特聘副研究员采用自研仪器，创新地观测到了气泡靠近过程中所形成微纳米液膜的动态薄化过程，电解质溶液中气泡呈现出一个与清水截然不同的两阶段合并：起初气泡靠近规律和纯水中相似，但当距离减小到大约40纳米时，接近表面的“前缘”就会因某种排斥力而变平。结合实验观测及理论建模，他提出了一种纳米尺度溶质输运理论模型，在不引入任何拟合参数的前提下解释了这种特殊的“两段式”液膜薄化过程。
图片说明：理论模型预测及实验数据的对比及吻合
相关理论成果成功地解释了为什么泡沫在海水中如此容易产生，并预测了数十种电解质在抑制气泡聚并能力方面的不同表现，及其与阴阳离子配对的相关性。该理论成果对气液两相流、电解水制氢、污水处理等过程的气泡调控有着重要意义。
本工作在加拿大工程院院士刘清侠教授（现为深圳技术大学讲席教授，聚龙学院院长）的指导下开展，并得到华东理工大学机械与动力工程学院杨强教授、南方科技大学徐政和院士、新加坡科技研究局Evert Klasober研究员及加拿大阿尔伯塔大学Rogerio Manica研究员的指导和帮助。研究得到了国家自然科学基金委、上海市浦江人才计划、加拿大自然科学基金委的资助和支持。
