近年来,纳米级别的气泡被发现存在于各种固体表面上以及主体液相中,其分别叫做界面纳米气泡以及体相纳米气泡。研究表明这些气泡的寿命为数小时,数天甚至数周。纳米气泡出人意料的稳定性与经典的热力学相悖。根据拉普拉斯方程,由于其具有很小的曲率半径,在这种情况下纳米气泡内部的压力会非常高,故纳米尺度上的气泡根本不可能存在。对于仅有微米或纳米大小的气泡,经典理论预测它们会在一瞬间消失。因为纳米气泡的存在打破了人们对气体行为的常规认知,而且它在制药,浮选,水清洁等许多领域有着潜在应用,所以纳米气泡的稳定机制是该领域的核心问题。本文主要通过计算机模拟方法结合一些理论分析围绕纳米气泡的稳定性问题进行了研究,研究成果如下(1)共存的气相和液相之间的弯曲界面在现实中无处不在,亨利定律是否适用于高度弯曲的气液界面这一问题目前还有待解决。以稳定的界面纳米气泡为例,其具有高度弯曲的气液界面,我们通过分子动力学模拟以及热力学分析研究了亨利定律作用于弯曲界面上的可行性。本研究表明,随着界面纳米气泡曲率的增加,亨利定律的预测与模拟结果之间的差距越来越大。亨利定律系数的这种曲率依赖性归因于液相中气体的非理想性,这是因为界面纳米气泡需要气体在液相中处于过饱和状态才能保持稳定。基于这种影响我们建立了一种关系,可以根据气体的过饱和度以及气体过饱和度与纳米气泡曲率半径之间的关系来确定亨利系数。(2)目前为止,尽管通过接触线锚定联合气体过饱和理论可以很好地解释大多数情况下实验中观察到界面纳米气泡长时间稳定存在的现象,但是随着研究的深入越来越多的证据表明,至少在某些情况下,界面纳米气泡不需要接触线锚定也可以稳定存在。这就引出了一个重要的问题,即这些不被固定的纳米气泡其稳定机制是什么。通过分子动力学模拟,在本文的工作中,我们提出了一种在水平表面和均匀材质的基底上表面纳米气泡的稳定机理。其稳定性归因于形成的表面纳米气泡会引起软基底的变形,进而通过阻碍接触线的运动使纳米气泡稳定,这类似于微小液滴在软基底上的自锚定现象。这种机制可以解释在某些特定情况下界面纳米气泡在没有接触线锚定的时候如何保持稳定。(3)想要清楚的了解纳米气泡惊人稳定性的背后缘由,弄清纳米气泡会如何消失是十分重要的。在此前的研究中科研人员发现界面纳米气泡与液滴类似,在其溶解过程中也会发生粘滑现象。这就带来了一个重要的疑问,即界面纳米气泡溶解过程中出现的粘滑行为其原因是否与液滴一致。若不一致,其机制又是什么?在本文的工作中,我们建立了一个理论模型,在该模型中我们认为纳米气泡接触线与基底表面的摩擦与其接触角有关。由此模型我们解释了界面纳米气泡溶解的粘滑行为。之后我们又利用分子动力学模拟对理论模型进行了验证,与理论上相一致在模拟过程中也观察到了界面纳米气泡的粘滑现象。