表面活性剂浓度对泡沫稳定性的调控机制：从气液界面氢键网络到薄膜特性优化

本文通过实验与分子动力学模拟，系统研究了表面活性剂浓度（CMC）对泡沫稳定性及气液界面氢键网络的影响。研究发现，低浓度时界面吸附量随浓度增加而上升，通过增强水-水氢键、表面活性剂-水氢键及分子间氢键，显著降低液膜排水速率并提升薄膜弹性。该研究为界面氢键动态调控提供了新视角，对石油开采（EOR）和食品工业泡沫优化具有重要指导意义。

　　

Highlight
通过系统实验与分子动力学模拟，揭示了表面活性剂浓度梯度变化对气液界面氢键网络的重构作用：当浓度低于临界胶束浓度（CMC）时，界面吸附量随浓度递增，引发四大氢键效应——（1）水合层内水-水氢键数量与强度同步提升；（2）表面活性剂-水氢键形成更密集且牢固；（3）激活表面活性剂分子间氢键交联；（4）氢键断裂后的自修复能力增强。这种"氢键协同强化"机制如同给液膜装上"分子弹簧"：水分子扩散速率降低使排水过程"慢动作"，而分子间氢键网络则赋予薄膜超强"抗变形buff"，让泡沫在外力冲击下"稳如老狗"。

The influence of surfactant concentration on foam
实验数据表明，当表面活性剂浓度低至0.5 mmol/L时，溶液像"漏气的轮胎"——表面张力高、发泡能力弱，泡沫转瞬即逝。但随着浓度提升，表面张力曲线"跳水式"下降，泡沫排水半衰期显著延长。分子尺度观察发现，高浓度下表面活性剂分子在界面"开派对"：它们通过羟基和磺酸基团形成错综复杂的氢键网络，这种"分子维可牢"结构使界面粘度提升300%，弹性模量暴涨5倍，有效抵抗液膜变薄过程中的"塌房危机"。特别有趣的是，浓度超过CMC后，虽然胶束开始"摸鱼"，但界面氢键网络已形成"记忆效应"，继续维持泡沫的"长寿基因"。

Conclusion
本研究破解了表面活性剂浓度的"魔法密码"：低浓度时溶液像"蹒跚学步的婴儿"，而随着浓度增加，氢键网络逐步升级为"特种部队装备"——通过三重氢键协同（水-水、表面活性剂-水、分子间）构建出"自修复智能界面"。这种动态调控策略为设计"抗压泡沫材料"提供了仿生蓝图，尤其在高温高盐油藏开采中展现出"分子装甲"的应用潜力。