CN111617651B - 超精细气泡生成方法、超精细气泡生成装置和含有超精细气泡的液体 - Google Patents

Abstract

本公开提供了能够高效地生成具有高纯度的含有超精细气泡的液体的超精细气泡生成装置和超精细气泡生成方法。超精细气泡生成装置包括在液体中生成超精细气泡的生成单元以及对由生成单元生成的含有超精细气泡的液体执行预定的后处理的后处理单元。生成单元通过使设置在执行过预处理的液体中的加热元件生成热以在液体和加热元件之间的界面上生成膜沸腾来生成超精细气泡。本公开还提供了一种含有超精细气泡的液体。

Description

超精细气泡生成方法、超精细气泡生成装置和含有超精细气 泡的液体

技术领域

本发明涉及用于生成直径小于1.0μm的超精细气泡的超精细气泡生成方法和超精细气泡生成装置，还涉及含有超精细气泡的液体。

背景技术

近来，已经开发出用于应用微细气泡(例如直径为微米级的微米气泡和直径为纳米级的纳米气泡)的特性的技术。尤其是，在各个领域中已经确认了直径小于1.0μm的超精细气泡(以下也称为“UFB”)的实用性。

日本专利第6118544号公开了一种微细气泡生成装置，其通过从减压喷嘴喷射加压液体(其中的气体被加压并溶解)来生成微细气泡。日本专利第4456176号公开了一种通过利用混合单元反复进行混合有气体的液体的流动的分流和合流来生成微细气泡的装置。

在日本专利第6118544号和第4456176号中描述的两种装置不仅会生成直径为纳米级的UFB，而且还会生成相对大量的直径为毫米级的毫米气泡和直径为微米级的微米气泡。然而，由于毫米气泡和微米气泡会受到浮力的影响，因此在长期保存期间，气泡可能会逐渐上升到液体表面并消失。

另一方面，直径为纳米级的UFB适合长期保存，原因是它们不太可能受到浮力的影响并且通过布朗运动在液体中浮游。然而，当UFB与毫米气泡和微米气泡一起产生或者UFB的气液界面能量较小时，UFB会受到毫米气泡和微米气泡的消失的影响并且随着时间的流逝而减少。

发明内容

也就是说，为了获得即使在长期保存期间也能够抑制UFB的浓度降低的含有UFB的液体，在生成含有UFB的液体时需要生成具有较大的气液界面能量的高纯度且高浓度的UFB。

给出本发明以解决上述问题。因此，本发明的目的是提供能够有效地生成高纯度的含有UFB的液体的超精细气泡生成装置和超精细气泡生成方法。

在本发明的第一方面，提供了一种超精细气泡生成方法，所述超精细气泡生成方法包括：生成步骤，其通过使设置在液体中的加热元件生成热以在所述液体和所述加热元件之间的界面上生成膜沸腾来生成超精细气泡；以及后处理步骤，其对包含在所述生成步骤中生成的超精细气泡的含有超精细气泡的液体执行预定的后处理。

在本发明的第二方面，提供了一种超精细气泡生成装置，所述超精细气泡生成装置包括：生成单元，其通过使设置在液体中的加热元件生成热以在所述液体和所述加热元件之间的界面上生成膜沸腾来生成超精细气泡；以及后处理单元，其对包含由所述生成单元生成的超精细气泡的含有超精细气泡的液体执行预定的后处理。

在本发明的第三方面，提供了一种含有超精细气泡的液体，所述含有超精细气泡的液体包含通过超精细气泡生成方法生成的超精细气泡，所述超精细气泡生成方法包括：生成步骤，其通过使设置在液体中的加热元件生成热以在所述液体和所述加热元件之间的界面上生成膜沸腾来生成超精细气泡；以及后处理步骤，其对包含在所述生成步骤中生成的超精细气泡的含有超精细气泡的液体执行预定的后处理。

通过参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的更多特征将变得显而易见。

附图说明

图1是示出UFB生成装置的示例的图；

图2是预处理单元的示意性配置图；

图3A和3B是溶解单元的示意性配置图和用于描述液体中的溶解状态的图；

图4是T-UFB生成单元的示意性配置图；

图5A和5B是用于描述加热元件的细节的图；

图6A和6B是用于描述加热元件上的膜沸腾状态的图；

图7A至7D是示出由膜沸腾气泡的膨胀引起的生成UFB的状态的图；

图8A至8C是示出由膜沸腾气泡的收缩引起的生成UFB的状态的图；

图9A至9C是示出由液体的再加热引起的生成UFB的状态的图；

图10A和10B是示出由膜沸腾生成的气泡消失而产生的冲击波引起的生成UFB的状态的图；

图11A至11C是示出后处理单元的配置示例的图；

图12是示出第四后处理机构的图；以及

图13是示出第五后处理机构的图。

具体实施方式

<<UFB生成装置的配置>>

图1是示出能够适用本发明的UFB生成装置的示例的图。该实施例的UFB生成装置1包括预处理单元100、溶解单元200、T-UFB生成单元300、后处理单元400和收集单元500。每个单元按照上述顺序对供应到预处理单元100的液体W(例如，自来水)进行特定的处理，并且这样处理过的液体W被收集单元500收集以作为含有T-UFB的液体。下面描述这些单元的功能和配置。尽管稍后会描述细节，但是在本说明书中，通过利用由快速加热引起的膜沸腾而生成的UFB被称为热式超精细气泡(T-UFB)。

图2是预处理单元100的示意性配置图。该实施例的预处理单元100对供应的液体W进行脱气处理。预处理单元100主要包括脱气容器101、喷淋头102、减压泵103、液体引入通道104、液体循环通道105和液体排出通道106。例如，诸如自来水的液体W从液体引入通道104通过阀109供应到脱气容器101。在该过程中，设置在脱气容器101中的喷淋头102在脱气容器101中喷射液体W的喷雾。喷淋头102用于促进液体W的气化；然而，也可以改为使用离心机等作为用于产生气化促进效果的机构。

当一定量的液体W被保留在脱气容器101中、并且随后在所有阀关闭的情况下启动减压泵103时，已经气化的气体成分被排出，并且还促进了溶解在液体W中的气体成分的气化和排出。在该过程中，可以在检查压力计108的同时将脱气容器101的内部压力减压至约几百至几千Pa(1.0托至10.0托)。例如，将由预处理单元100移除的气体包括氮气、氧气、氩气、二氧化碳等。

通过利用液体循环通道105，可以对相同的液体W反复进行上述脱气处理。具体而言，在液体引入通道104的阀109和液体排出通道106的阀110关闭并且液体循环通道105的阀107打开的情况下操作喷淋头102。这就允许将保留在脱气容器101中并且已然脱气的液体W从喷淋头102再喷射到脱气容器101中。另外，在操作减压泵103的情况下，对相同的液体W反复地执行由喷淋头102进行的气化处理和由减压泵103进行的脱气处理。每次反复地执行利用液体循环通道105进行的上述处理，都可以阶段性地减少液体W中所包含的气体成分。一旦获得了脱气至期望纯度的液体W，即可在阀110打开的情况下通过液体排出通道106将液体W转移至溶解单元200。

图2示出了将气体部分减压以使溶质气化的脱气单元100；然而，使溶液脱气的方法不限于此。例如，可以采用使液体W沸腾以使溶质气化的加热和沸腾方法，或者可以采用使用中空纤维来增大液体和气体之间的界面的膜脱气方法。SEPAREL系列(由DIC公司生产)被商用作为使用中空纤维的脱气模块。SEPAREL系列使用聚(4-甲基戊烯-1)(PMP)作为中空纤维的原料，并且将其用于从主要供应用于压电头的墨或类似物中移除气泡。另外，可以并用抽真空法、加热沸腾法和膜脱气法中的两种或更多种。

图3A和3B是溶解单元200的示意性配置图和用于描述液体中的溶解状态的图。溶解单元200是用于将期望的气体溶解到从预处理单元100供应的液体W中的单元。该实施例的溶解单元200主要包括溶解容器201、设置有旋转板202的旋转轴203、液体引入通道204、气体引入通道205、液体排出通道206和加压泵207。

从预处理单元100供应的液体W通过液体引入通道204供应并保留在溶解容器201中。同时，气体G通过气体引入通道205供应到溶解容器201。

一旦将预定量的液体W和气体G保留在溶解容器201中，就启动加压泵207以将溶解容器201的内部压力增加到约0.5MPa。安全阀208布置在加压泵207和溶解容器201之间。通过经由旋转轴203使液体中的旋转板202旋转，将供应到溶解容器201的气体G转化为气泡，并且气体G和液体W之间的接触面积增加以促进向液体W中的溶解。继续进行该操作，直至气体G的溶解度几乎达到最大饱和溶解度为止。在该情况下，可以设置用于降低液体温度的单元以尽可能地溶解气体。当气体的溶解度低时，也可以将溶解容器201的内部压力增加到0.5MPa以上。在该情况下，为了安全起见，容器的材料等需要优化。

一旦获得了气体G的成分以期望浓度溶解于其中的液体W，就将液体W通过液体排出通道206排出并供应到T-UFB生成单元300。在该过程中，背压阀209调节液体W的流动压力以防止在供应期间压力的过度增加。

图3B是示意性地示出投入溶解容器201中的气体G的溶解状态的图。包含投入液体W中的气体G的成分在内的气泡2从与液体接触的部分溶解。气泡2因此逐渐收缩，然后在气泡2周围出现气体溶解液体3。由于气泡2受到浮力的影响，因此气泡2可以移动到远离气体溶解液体3的中心的位置或者从气体溶解液体3分离出来以成为残留气泡4。具体而言，在通过液体排出通道206供应到T-UFB生成单元300的液体W中，混合地存在被气体溶解液体3围绕的气泡2以及彼此分离的气泡2和气体溶解液体3。

图中的气体溶解液体3表示“在液体W中的混入气体G的溶解浓度相对较高的区域”。在实际溶解在液体W中的气体成分中，气体溶解液体3中的气体成分的浓度在气泡2周围的部分为最高。在气体溶解液体3与气泡2分离的情况下，气体溶解液体3的气体成分的浓度在该区域的中心处最高，并且浓度随着远离该中心而连续地减小。即，尽管为了说明起见，在图3中用虚线围绕气体溶解液体3的区域，但实际上并不存在这样的明确边界。另外，在本发明中，不能完全溶解的气体以气泡的形式存在于液体中也是可以接受的。

图4是T-UFB生成单元300的示意性配置图。T-UFB生成单元300主要包括腔室301、液体引入通道302和液体排出通道303。从液体引入通道302通过腔室301直至液体排出通道303的流动由未示出的流动泵形成。包括隔膜泵、齿轮泵和螺杆泵在内的各种泵都可以用作流动泵。在从液体引入通道302引入的液体W中，混合了由溶解单元200投入的气体G的气体溶解液体3。

设置有加热元件10的元件基板12布置在腔室301的底部部段上。在预定的电压脉冲施加至加热元件10的情况下，由膜沸腾生成的气泡13(在下文中也称为膜沸腾气泡13)在与加热元件10接触的区域中生成。然后，由于膜沸腾气泡13的膨胀和收缩而生成包含气体G的超精细气泡(UFB)11。结果，从液体排出通道303排出包含许多UFB 11的含有UFB的液体W。

图5A和5B是用于示出加热元件10的详细配置的图。图5A示出了加热元件10的特写图，并且图5B示出了包括加热元件10的元件基板12的较宽区域的横截面图。

如图5A所示，在该实施例的元件基板12中，作为蓄热层的热氧化膜305和也用作蓄热层的层间膜306被层压在硅基板304的表面上。SiO₂膜或SiN膜可以用作层间膜306。电阻层307形成在层间膜306的表面上，配线308部分地形成在电阻层307的表面上。可以将Al、Al-Si、Al-Cu等的Al合金配线用作配线308。在配线308、电阻层307和层间膜306的表面上形成有由SiO₂膜或Si₃N₄膜制成的保护层309。

在保护层309的表面的一部分上和该部分周围形成用于保护所述保护层309免受由于电阻层307发热而引起的化学冲击和物理冲击影响的耐气蚀膜310，该部分对应于最终成为加热元件10的热作用部分311。电阻层307的表面上的未形成配线308的区域是电阻层307在其中发热的热作用部分311。电阻层307的未形成配线308的加热部分用作加热元件(加热器)10。如上所述，通过半导体生产技术在硅基板304的表面上顺序地形成元件基板12中的各层，并且由此在硅基板304上提供热作用部分311。

在附图中示出的配置是示例，并且各种其他的配置也是适用的。例如，电阻层307和配线308的层叠顺序相反的配置、以及电极连接到电阻层307的下表面的配置(所谓的插塞电极配置)都是适用的。换句话说，如下文所述，可以应用任何配置，只要该配置允许热作用部分311加热液体以便在液体中生成膜沸腾即可。

图5B是包括连接到元件基板12中的配线308的电路的区域的横截面图的示例。N型阱区域322和P型阱区域323部分地设置在作为P型导体的硅基板304的顶层中。在通常的MOS工艺中，通过离子注入等引入和扩散杂质，在N型阱区域322中形成P-MOS 320并且在P型阱区域323中形成N-MOS 321。

P-MOS 320包括通过在N型阱区域322的顶层中部分地引入N型或P型杂质而形成的源极区域325和漏极区域326、栅极配线335等。栅极配线335沉积在N型阱区域322的顶表面的除了源极区域325和漏极区域326以外的部分上，并且厚度为数百的栅极绝缘膜328介于栅极配线335和N型阱区域322的顶表面之间。

N-MOS 321包括通过在P型阱区域323的顶层中部分地引入N型或P型杂质而形成的源极区域325和漏极区域326、栅极配线335等。栅极配线335沉积在P型阱区域323的顶表面的除了源极区域325和漏极区域326以外的部分上，并且厚度为数百的栅极绝缘膜328介于栅极配线335和P型阱区域323的顶表面之间。栅极配线335由通过CVD法沉积的厚度为至/>的多晶硅制成。C-MOS逻辑由P-MOS 320和N-MOS 321构成。

在P型阱区域323中，用于驱动电热转换元件(热阻元件)的N-MOS晶体管330形成在与包括N-MOS 321的部分不同的部分上。N-MOS晶体管330包括通过杂质的引入和扩散步骤而部分地设置在P型阱区域323的顶层中的源极区域332和漏极区域331、栅极配线333等。栅极配线333沉积在P型阱区域323的顶表面的除了源极区域332和漏极区域331以外的部分上，并且栅极绝缘膜328介于栅极配线333和P型阱区域323的顶表面之间。

在该示例中，N-MOS晶体管330用作用于驱动电热转换元件的晶体管。然而，用于驱动的晶体管不限于N-MOS晶体管330，并且可以使用任何晶体管，只要该晶体管具有单独驱动多个电热转换元件的能力并且可以实现上述的精细配置即可。尽管在该示例中电热转换元件和用于驱动电热转换元件的晶体管形成在同一基板上，但是它们可以独立地形成在不同的基板上。

氧化膜分离区域324通过在各元件之间(例如在P-MOS 320与N-MOS 321之间以及在N-MOS 321与N-MOS晶体管330之间)进行厚度为至/>的场氧化而形成。氧化膜分离区域324分离各元件。氧化膜分离区域324的与热作用部分311对应的部分用作蓄热层334，所述蓄热层是硅基板304上的第一层。

通过CVD法在诸如P-MOS 320、N-MOS 321和N-MOS晶体管330的元件的每个表面上形成厚度约为的包括PSG膜、BPSG膜等的层间绝缘膜336。在通过热处理使得层间绝缘膜336平坦之后，在穿透层间绝缘膜336和栅极绝缘膜328的接触孔中形成作为第一配线层的Al电极337。在层间绝缘膜336和Al电极337的表面上，通过等离子体CVD法形成厚度为/>至/>的包括SiO₂膜的层间绝缘膜338。在层间绝缘膜338的表面上，通过共溅射法在对应于热作用部分311和N-MOS晶体管330的部分上形成厚度约为/>的包括TaSiN膜的电阻层307。电阻层307经由形成在层间绝缘膜338中的通孔与漏极区域331附近的Al电极337电连接。在电阻层307的表面上，形成用于每个电热转换元件的配线的作为第二配线层的Al配线308。在配线308、电阻层307和层间绝缘膜338的表面上的保护层309包括通过等离子体CVD法形成的厚度为/>的SiN膜。沉积在保护层309的表面上的耐气蚀膜310包括厚度约为/>的膜，该膜是选自Ta、Fe、Ni、Cr、Ge、Ru、Zr、Ir等的至少一种金属。可以应用除上述的TaSiN以外的各种材料，例如TaN、CrSiN、TaAl、WSiN等，只要该材料能够在液体中生成膜沸腾即可。

图6A和6B是示出在将预定的电压脉冲施加至加热元件10时的膜沸腾状态的图。在该情况下，描述在大气压下生成膜沸腾的情形。在图6A中，横轴表示时间。下部图中的纵轴表示施加至加热元件10的电压，上部图中的纵轴表示由膜沸腾生成的膜沸腾气泡13的体积和内部压力。另一方面，图6B示出了与图6A所示的时刻1至3相关联的膜沸腾气泡13的状态。下文按时间顺序描述了每种状态。如后所述，通过膜沸腾生成的UFB 11主要在膜沸腾气泡13的表面附近生成。图6B所示的状态是这样的状态：其中由生成单元300生成的UFB 11通过循环路径被再供应到溶解单元200，并且包含UFB 11的液体被再供应到生成单元300的液体通道，如图1所示。

在将电压施加至加热元件10之前，腔室301内基本上保持在大气压。一旦将电压施加至加热元件10，就在与加热元件10接触的液体中生成膜沸腾，并且由此生成的气泡(在下文中称为膜沸腾气泡13)通过从内部作用的高压而膨胀(时刻1)。在该过程中的起泡压力预计约为8至10MPa，该起泡压力的取值接近于水的饱和蒸气压。

用于施加电压的时间(脉冲宽度)约为0.5μsec至10.0μsec，并且即使在施加电压之后，膜沸腾气泡13也会由于在时刻1获得的压力的惯性而膨胀。然而，由膨胀生成的负压在膜沸腾气泡13的内部逐渐增加，并且负压在使膜沸腾气泡13收缩的方向上起作用。过一段时间，膜沸腾气泡13的体积在惯性力和负压平衡时的时刻2变为最大，之后膜沸腾气泡13通过负压迅速收缩。

在膜沸腾气泡13消失时，膜沸腾气泡13不是在加热元件10的整个表面中消失，而是在一个或多个极小区域中消失。为此，在加热元件10上，在膜沸腾气泡13消失的极小区域中生成比在时刻1起泡时更大的力(时刻3)。

每次向加热元件10施加电压脉冲都重复如上所述的膜沸腾气泡13的生成、膨胀、收缩和消失，并且每次都生成新的UFB 11。

参照图7A至10B进一步详细描述在膜沸腾气泡13的生成、膨胀、收缩和消失的每个过程中的UFB 11的生成状态。

图7A至7D是示意性地示出由膜沸腾气泡13的生成和膨胀引起的UFB 11的生成状态的图。图7A示出了向加热元件10施加电压脉冲之前的状态。混合有气体溶解液体3的液体W在腔室301内部流动。

图7B示出了向加热元件10施加电压、并且在与液体W接触的加热元件10的几乎整个区域中均匀地生成膜沸腾气泡13的状态。在施加电压时，加热元件10的表面温度以10℃/μsec的速度急剧上升。在温度达到约300℃的时间点发生膜沸腾，由此生成膜沸腾气泡13。

此后，在脉冲施加期间，加热元件10的表面温度继续上升到大约600至800℃，并且膜沸腾气泡13周围的液体也被迅速加热。在图7B中，在膜沸腾气泡13周围并且将被迅速加热的液体的区域被表示为尚未起泡的高温区域14。尚未起泡的高温区域14内的气体溶解液体3超过热溶解极限并且被汽化而成为UFB。由此汽化的气泡具有约10nm至100nm的直径和大的气液界面能量。因此，气泡独立地漂浮在液体W中而不会在短时间内消失。在该实施例中，通过从膜沸腾气泡13的生成到膨胀的热作用而生成的气泡被称为第一UFB 11A。

图7C示出了膜沸腾气泡13膨胀的状态。即使在电压脉冲施加至加热元件10之后，膜沸腾气泡13也会由于从其生成获得的力的惯性而继续膨胀，并且尚未起泡的高温区域14也会由于惯性而移动和扩散。具体地，在膜沸腾气泡13的膨胀过程中，尚未起泡的高温区域14内的气体溶解液体3被汽化为新的气泡并成为第一UFB 11A。

图7D示出了膜沸腾气泡13具有最大体积的状态。当膜沸腾气泡13由于惯性而膨胀时，膜沸腾气泡13内部的负压随着该膨胀而逐渐增加，并且负压用于使膜沸腾气泡13收缩。在负压和惯性力平衡的时间点，膜沸腾气泡13的体积变为最大，然后就开始收缩。

在膜沸腾气泡13的收缩阶段，存在通过图8A至8C所示的过程生成的UFB(第二UFB11B)以及通过图9A至9C所示的过程生成的UFB(第三UFB 11C)。可以认为这两个过程是同时进行的。

图8A至8C是示出由膜沸腾气泡13的收缩引起的生成UFB 11的生成状态的图。图8A示出了膜沸腾气泡13开始收缩的状态。尽管膜沸腾气泡13开始收缩，但是周围的液体W在膨胀方向上仍然具有惯性力。因此，在远离加热元件10的方向上作用的惯性力以及由膜沸腾气泡13的收缩引起的朝向加热元件10的力作用在极其靠近膜沸腾气泡13的周围区域中，并且该区域被减压。该区域在图中被表示为尚未起泡的负压区域15。

尚未起泡的负压区域15内的气体溶解液体3超过压力溶解极限并且被汽化而成为气泡。由此汽化的气泡具有约100nm的直径，并且此后独立地漂浮在液体W中而不会在短时间内消失。在该实施例中，在膜沸腾气泡13的收缩期间通过压力作用而汽化的气泡被称为第二UFB 11B。

图8B示出了膜沸腾气泡13的收缩过程。通过负压来加速膜沸腾气泡13的收缩速度，并且尚未起泡的负压区域15也随着膜沸腾气泡13的收缩而移动。具体地，在膜沸腾气泡13的收缩过程中，尚未起泡的负压区域15所通过的部分内的气体溶解液体3依次析出并成为第二UFB 11B。

图8C示出了膜沸腾气泡13即将消失之前的状态。尽管通过膜沸腾气泡13的加速收缩，周围液体W的移动速度也增加，但是由于腔室301中的流路阻力而产生压力损失。结果，尚未起泡的负压区域15所占据的区域进一步增大，并且生成大量第二UFB 11B。

图9A至9C是示出在膜沸腾气泡13的收缩期间通过液体W的再加热而生成UFB的生成状态的图。图9A示出了加热元件10的表面被收缩的膜沸腾气泡13覆盖的状态。

图9B示出了膜沸腾气泡13的收缩已在进行并且加热元件10的表面的一部分与液体W相接触的状态。在该状态下，在加热元件10的表面上残留有热量，但是即使液体W与该表面相接触，该热量也不足以引起膜沸腾。通过与加热元件10的表面相接触而被加热的液体的区域在图中被表示为尚未起泡的再加热区域16。尽管未进行膜沸腾，但是尚未起泡的再加热区域16内的气体溶解液体3超过热溶解极限并且被汽化。在该实施例中，在膜沸腾气泡13的收缩期间通过液体W的再加热而生成的气泡被称为第三UFB 11C。

图9C示出了膜沸腾气泡13的收缩进一步进行的状态。膜沸腾气泡13越小，加热元件10的与液体W接触的区域就越大，并且生成第三UFB 11C直到膜沸腾气泡13消失。

图10A和10B是示出通过因膜沸腾而生成的膜沸腾气泡13的消失的冲击(即，一种气蚀)引起的UFB的生成状态的图。图10A示出了膜沸腾气泡13即将消失之前的状态。在该状态下，膜沸腾气泡13由于内部负压而迅速收缩，并且尚未起泡的负压区域15围绕膜沸腾气泡13。

图10B示出了膜沸腾气泡13在点P处消失之后的即时状态。当膜沸腾气泡13消失时，由于消失的冲击，声波从作为起点的点P开始同心地波动扩散。声波是能够通过任何物质(气体、液体和固体均可)传播的弹性波的总称。在该实施例中，液体W的压缩波形(即液体W的高压表面17A和低压表面17B)交替地传播。

在该情况下，尚未起泡的负压区域15内的气体溶解液体3通过由膜沸腾气泡13的消失引起的冲击波而共振，并且气体溶解液体3在低压表面17B从中通过时超过压力溶解极限并发生相变。具体地，与膜沸腾气泡13的消失同时地，大量气泡在尚未起泡的负压区域15中汽化。在该实施例中，通过由膜沸腾气泡13的消失引起的冲击波生成的气泡被称为第四UFB 11D。

通过由膜沸腾气泡13消失引起的冲击波生成的第四UFB 11D在极窄的薄膜状区域中在极短的时间(1μS以下)内突然出现。其直径与第一至第三UFB的直径相比足够小，并且气液界面能量高于第一至第三UFB的气液界面能量。为此，可以认为第四UFB 11D具有与第一至第三UFB 11A至11C不同的特性并且会产生不同的效果。

另外，第四UFB 11D在冲击波进行传播的同心球的区域的许多部分中均匀地生成，并且第四UFB 11D从其生成开始均匀地存在于腔室301中。尽管在生成第四UFB 11D时就已经存在许多第一至第三UFB，但是第一至第三UFB的存在不会显著地影响第四UFB 11D的生成。也可以认为第一至第三UFB不会由于第四UFB 11D的生成而消失。

如上所述，可以设想通过加热元件10的发热在从膜沸腾气泡13的生成到消失的多个阶段中生成UFB 11。第一UFB 11A、第二UFB 11B和第三UFB 11C在由膜沸腾生成的膜沸腾气泡的表面附近生成。在该情况下，“附近”表示距膜沸腾气泡的表面约20μm以内的区域。当气泡消失时，在冲击波传播通过的区域中生成第四UFB 11D。尽管以上的示例示出了直至膜沸腾气泡13消失的各阶段，但是生成UFB的方式不限于此。例如，在气泡消失之前，通过生成的膜沸腾气泡13与大气连通，即使膜沸腾气泡13并未达到消失，也能够生成UFB。

接下来，描述UFB的其余特性。液体的温度越高，则气体成分的溶解特性越低；温度越低，则气体成分的溶解特性越高。换句话说，随着液体温度升高，促进了溶解气体成分的相变并且UFB的生成变得更容易。液体的温度与气体的溶解度成反比关系，并且超过饱和溶解度的气体随着液体温度升高而转化为气泡并出现在液体中。

因此，当液体的温度从常温快速升高时，溶解特性不停地降低，并且开始生成UFB。随着温度的升高，热溶解特性降低，并且生成大量UFB。

相反地，当液体的温度从常温降低时，气体的溶解特性增加，并且生成的UFB更容易被液化。然而，这样的温度与常温相比足够低。另外，由于即使当液体的温度降低时，已然生成的UFB也具有较高的内部压力和较大的气液界面能量，因此施加足够高的压力以破坏这种气液界面的可能性极小。换句话说，只要将液体在常温常压下保存，已然生成的UFB就不会轻易消失。

在该实施例中，参照图7A至7C描述的第一UFB 11A以及参照图9A至9C描述的第三UFB 11C可以描述为通过利用气体的这种热溶解特性而生成的UFB。

另一方面，在液体的压力和溶解特性之间的关系中，液体的压力越高，则气体的溶解特性越高；压力越低，则溶解特性越低。换句话说，随着液体的压力降低，促进了在液体中溶解的气体溶解液体向气体的相变，并且UFB的生成变得更容易。一旦液体的压力变得低于常压，溶解特性就立即下降，并且开始生成UFB。随着压力降低，压力溶解特性降低，并且生成大量UFB。

相反地，当液体的压力增加到高于常压时，气体的溶解特性增加，并且生成的UFB更容易被液化。然而，这种压力与大气压相比足够高。另外，由于即使当液体的压力增加时已然生成的UFB也具有较高的内部压力和较大的气液界面能量，因此施加足够高的压力以破坏这种气液界面的可能性很小。换句话说，只要将液体在常温常压下保存，已然生成的UFB就不会轻易消失。

在该实施例中，参照图8A至图8C描述的第二UFB 11B以及参照图10A至图10B描述的第四UFB 11D可以描述为通过利用气体的这种压力溶解特性而生成的UFB。

上面单独地描述了由于不同的原因生成的第一至第四UFB；然而，上述的生成原因与膜沸腾的事件同时发生。因此，可以同时生成第一至第四UFB中的至少两种，并且这些生成原因可以协作以生成UFB。应当注意，对于所有的生成原因来说，它们都是由通过膜沸腾现象生成的膜沸腾气泡的体积变化引起的。在本说明书中，通过利用如上所述由快速加热引起的膜沸腾来生成UFB的方法被称为热式超精细气泡(T-UFB)生成方法。另外，通过T-UFB生成方法生成的UFB被称为T-UFB，并且通过T-UFB生成方法生成的包含T-UFB的液体被称为含有T-UFB的液体。

通过T-UFB生成方法生成的几乎所有气泡都为1.0μm以下，并且不太可能生成毫米气泡和微米气泡。即，T-UFB生成方法允许占主导地并且有效地生成UFB。另外，通过T-UFB生成方法生成的T-UFB具有比通过常规方法生成的UFB更大的气液界面能量，并且T-UFB只要在常温和常压下保存就不容易消失。而且，即使通过新的膜沸腾生成新的T-UFB，也可以防止由于新一代T-UFB的冲击引起已经生成的T-UFB的消失。即，可以认为在含有T-UFB的液体中所包含的T-UFB的数量和浓度根据在含有T-UFB的液体中进行的膜沸腾的次数而具有滞后性。换句话说，可以通过控制在T-UFB生成单元300中设置的加热元件的数量以及向加热元件施加的电压脉冲的次数来调节在含有T-UFB的液体中所包含的T-UFB的浓度。

再次参照图1进行说明。一旦在T-UFB生成单元300中生成了具有期望UFB浓度的含有T-UFB的液体W，就将含有UFB的液体W供应到后处理单元400。

图11A至11C是示出该实施例的后处理单元400的配置示例的图。该实施例的后处理单元400按照无机离子、有机物质和不溶性固体物质的顺序分阶段地移除含有UFB的液体W中的杂质。

图11A示出了移除无机离子的第一后处理机构410。第一后处理机构410包括交换容器411、阳离子交换树脂412、液体引入通道413、收集管414和液体排出通道415。交换容器411储存阳离子交换树脂412。由T-UFB生成单元300生成的含有UFB的液体W通过液体引入通道413注入交换容器411中并且被吸收到阳离子交换树脂412中，从而移除作为杂质的阳离子。这样的杂质包括从T-UFB生成单元300的元件基板12剥离的金属材料等。例如，所述金属材料可以是诸如SiO₂、SiN、SiC、Ta、Al₂O₃和Ta₂O₅的化合物；含有Si、AL、W、Pt、Pd、Ta、Fe、Cr、Ni等的非晶态合金；以及诸如Ir和Ru的铂族金属。

阳离子交换树脂412是将官能团(离子交换基团)引入具有三维网络的高分子聚合物基质中的合成树脂，并且合成树脂的外观是约0.4至0.7mm的球形颗粒。一般的高分子聚合物基质是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，并且官能团可以是例如甲基丙烯酸系列和丙烯酸系列的官能团。然而，上述的材料仅是示例。上述的材料可以改为各种材料，只要该材料能够有效地移除期望的无机离子即可。被吸附在阳离子交换树脂412中以移除无机离子的含有UFB的液体W由收集管414收集并通过液体排出通道415转移至下一步骤。在该实施例的该过程中，不需要从液体引入通道413供应的含有UFB的液体W中移除所包含的所有的无机离子，只要移除无机离子的至少一部分即可。

图11B示出了移除有机物质的第二后处理机构420。第二后处理机构420包括储存容器421、滤过性过滤器422、真空泵423、阀424、液体引入通道425、液体排出通道426和吸气通道427。储存容器421的内部被滤过性过滤器422分成上下两个区域。液体引入通道425连接到上下两个区域中的上部区域，并且吸气通道427和液体排出通道426连接到上下两个区域中的下部区域。一旦在阀424关闭的情况下驱动真空泵423，储存容器421中的空气就通过吸气通道427排出以使储存容器421内部的压力为负压，随后从液体引入通道425引入含有UFB的液体W。然后，将由滤过性过滤器422移除了杂质的含有UFB的液体W保留在储存容器421中。

由滤过性过滤器422移除的杂质包括可能在管或每个单元处混入的有机材料，例如包括硅的有机化合物、硅氧烷和环氧树脂。能够用于滤过性过滤器422的过滤膜包括可以移除细菌的亚微米(μm)级网孔过滤器(网孔直径为1μm以下的过滤器)和可以移除病毒的纳米(nm)级网孔过滤器。具有这样的微细开口直径的滤过性过滤器可以移除大于过滤器的开口直径的气泡。特别地，可能存在过滤器被吸附到过滤器的开口(网孔)的微细气泡堵塞的情况，这会减慢过滤速度。然而，如上所述，通过本发明的本实施例所述的T-UFB生成方法生成的大多数气泡的尺寸为直径1μm以下，并且不太可能生成毫米气泡和微米气泡。即，由于生成毫米气泡和微米气泡的可能性极低，因此可以抑制由于气泡吸附到过滤器而导致的过滤速度的降低。为此，将设置为包括网孔直径为1μm以下的过滤器的滤过性过滤器422应用于具有T-UFB生成方法的系统是有利的。

适用于该实施例的滤过方式的示例可以是所谓的死端滤过方式和错流滤过方式。在死端滤过方式中，所供应的液体的流动方向和经过过滤器开口的滤过液体的流动方向相同，具体而言，上述的流动方向彼此一致。相比之下，在错流滤过方式中，所供应的液体在沿着过滤器表面的方向上流动，具体而言，所供应的液体的流动方向与经过过滤器开口的滤过液体的流动方向彼此交叉。优选的是应用错流滤过方式以抑制气泡吸附到过滤器开口。

在储存容器421中保留了一定量的含有UFB的液体W之后，真空泵423停止并且打开阀424以将储存容器421中的含有T-UFB的液体通过液体排出通道426转移至下一步骤。尽管在本文中采用了真空滤过法作为移除有机杂质的方法，但是例如也可以采用重力滤过法和加压滤过法作为使用过滤器的滤过方法。

图11C示出了移除不溶性固体物质的第三后处理机构430。第三后处理机构430包括沉降容器431、液体引入通道432、阀433和液体排出通道434。

首先，在阀433关闭的情况下通过液体引入通道432将预定量的含有UFB的液体W保留在沉降容器431中，并且将其放置一段时间。同时，含有UFB的液体W中的固体物质由于重力而沉降到沉降容器431的底部上。在含有UFB的液体中的气泡中，相对较大的气泡(例如微米气泡)通过浮力上升到液体表面，并且从含有UFB的液体中被移除。经过足够长的时间之后，打开阀433，并且从中移除了固体物质和较大气泡的含有UFB的液体W通过液体排出通道434转移到收集单元500。在该实施例中示出了依次应用三种后处理机构的示例；然而，示例不限于此，并且可以改变三个后处理机构的顺序，或者可以采用至少一种必需的后处理机构。

通过在后处理中包括用于移除杂质的上述移除处理，可以提高所生成的含有T-UFB的液体中包含的T-UFB的纯度。

再次参照图1进行说明。通过后处理单元400从中移除了杂质的含有T-UFB的液体W可以直接转移到收集单元500，或者可以再次送回至溶解单元200以实现循环系统。在后一种情况下，后处理单元400用作对供应至溶解单元200的液体执行预处理的单元。在生成T-UFB之后的含有UFB的液体被再次送回至溶解单元200的情况下，可以增加由于生成T-UFB而减小的含有T-UFB的液体W的气体溶解浓度。优选地，气体溶解浓度可以由溶解单元200再次补偿到饱和状态。如果在补偿之后由T-UFB生成单元300生成新的T-UFB，则可以进一步增加具有上述特性的含有T-UFB的液体中所包含的UFB的浓度。即，可以通过循环通过溶解单元200、T-UFB生成单元300和后处理单元400的循环次数来增加所包含的UFB的浓度，并且可以在获得了所包含的UFB的预定浓度之后将含有UFB的液体W转移到收集单元500。该实施例示出了将由后处理单元400处理过的含有UFB的液体送回到溶解单元200并进行循环的方式；然而，实施例不限于此，并且经过T-UFB生成单元之后的含有UFB的液体可以在供应至后处理单元400之前被再次送回到溶解单元200，以使得在例如通过多次循环来增加T-UFB浓度之后，由后处理单元400执行后处理。

现在，根据由发明人进行的具体验证的结果，简单地描述将生成的含有T-UFB的液体W再次送回到溶解单元200的效果。首先，在T-UFB生成单元300中的元件基板12上布置10000个加热元件10。使用工业纯水作为液体W，并且液体W在T-UFB生成单元300的腔室301中以1.0升/小时的流体流速流动。在该状态下，以10KHz的驱动频率向每个加热元件施加电压为24V并且脉冲宽度为1.0μs的电压脉冲。

生成的含有T-UFB的液体W不被送回到溶解单元200而是被收集单元500收集，或者循环的次数为一次，经确认在由收集单元500收集的含有T-UFB的液体W中每1.0mL约有36亿个UFB。另一方面，作为将含有T-UFB的液体W送回到溶解单元200的操作进行十次的结果，或者循环的次数为十次的结果，经确认在由收集单元500收集的含有T-UFB的液体W中每1.0mL约有360亿个UFB。换句话说，确认了所包含的UFB的浓度大致与循环次数成比例地增加。通过使用由Shimadzu公司生产的测量仪器(型号为SALD-7500)对包含在预定体积的含有UFB的液体W中的直径小于1.0μm的UFB 11进行计数来获得上述的UFB的数量密度。

如上所述，利用通过循环路径依次通过溶解单元200、T-UFB生成单元300和后处理单元400的液体循环，即可生成具有期望的UFB浓度的液体。

收集单元500收集并保存从后处理单元400转移的含有UFB的液体W。由收集单元500收集的含有T-UFB的液体是从中移除了各种杂质且具有高纯度的含有UFB的液体。

在收集单元500中，可以通过执行滤过处理中的某些阶段而对含有UFB的液体W按T-UFB的尺寸进行分类。由于期望通过T-UFB方法获得的含有T-UFB的液体W的温度高于常温，因此收集单元500可以设有冷却单元。冷却单元可以被设置为后处理单元400的一部分。

以上给出了UFB生成装置1的示意性描述；然而，不言自明的是可以改变图示的多个单元，并且不需要准备所有的单元。取决于所使用的液体W和气体G的类型以及待生成的含有T-UFB的液体的预期用途，可以省略上述单元中的一部分单元，或者可以添加除上述单元之外的另外的单元。

例如，当要由UFB包含的气体是大气时，可以省略作为预处理单元100的脱气单元和溶解单元200。另一方面，在期望由UFB包含多种气体的情况下，可以添加另外的溶解单元200。也可以将图1所示的一些单元的功能集成到一个单元中。例如，通过将加热元件10布置在图3A和3B所示的溶解容器201中，即可将溶解单元200和T-UFB生成单元300彼此集成。在该情况下，气体的溶解和包含该气体的T-UFB的生成在单个单元中同时进行。

如图11A至11C所述的用于移除杂质的单元可以作为预处理单元的一部分设置在T-UFB生成单元300的上游，或者可以设置在其上游和下游。当要供应到UFB生成装置的液体是自来水、雨水、污水等时，液体中可能会包括有机杂质和无机杂质。如果将这样的包括杂质的液体W供应到T-UFB生成单元300，则存在使加热元件10劣化并引起盐析现象的危险。利用如图11A至11C所示的设置在T-UFB生成单元300上游的机构，可以预先移除上述杂质，并且可以更有效地生成高纯度的含有UFB的液体。

<<后处理单元的变型>>

图12示出了可以添加或者替换到上述的每个后处理单元400中的第四后处理机构450。第四后处理机构450是利用超声波振动来进一步增加含有T-UFB的液体W中所包含的T-UFB的量的增加处理单元。

第四后处理机构450包括储存容器451、振动生成单元455、液体引入通道452、阀453和液体排出通道454。振动生成单元455包括电缆456、换能器457、变幅杆(booster)458和振动件(horn)459，并且通过电缆456供应的电力由换能器457转换为机械振幅，然后该机械振幅由变幅杆458增大以使振动件459振动。

在操作后处理机构450的情况下，首先，在阀453关闭的情况下通过液体引入通道452将含有T-UFB的液体W储存在储存容器451中。待储存的含有T-UFB的液体W的量大约为至少允许将振动件459的末端放入该含有T-UFB的液体W中的量。然后，在含有T-UFB的液体W被储存并且储存容器通向大气的情况下，振动生成单元455被驱动以使放入含有T-UFB的液体W中的振动件459振动。因此，在振动件459的末端放入其中的含有T-UFB的液体W中生成超声波振动，并且T-UFB的数量增加。

在该过程中，为了效率起见，优选在每个预定时间以预定的间隔重复地驱动所述振动生成单元455。可以通过改变振动件459的振动频率、振动时间段以及振动次数来调节包含的T-UFB的浓度。

在预定的时间段内重复了预定次数的振动之后，使振动生成单元455停止并且打开阀453，然后将被调节为具有期望的包含浓度的含有T-UFB的液体W通过液体排出通道454转移到收集单元500。

下面描述由发明人使用T-UFB生成单元300和包括第四后处理机构450的后处理单元400进行具体验证的细节。首先，在T-UFB生成单元300中的元件基板12上布置10000个加热元件10。使用工业纯水作为液体W，并且液体W在T-UFB生成单元300的腔室301中以1.0升/小时的流体流速流动。在该状态下，以10KHz的驱动频率向每个加热元件施加电压为24V且脉冲宽度为1.0μs的电压脉冲。

通过收集单元500直接收集所生成的含有T-UFB的液体W，并且通过检查包含的UFB的浓度确认在所收集的含有T-UFB的液体W中每1.0mL有36亿个UFB。另一方面，作为将生成的含有T-UFB的液体W供应到第四后处理机构450并且将使振动件459以100KHz、80W振动一秒的操作执行十次的结果，确认在所收集的含有T-UFB的液体W中每1.0mL约有720亿个UFB。换句话说，可以通过由第四后处理机构450施加超声波振动来增加所包含的UFB的浓度。通过使用由Shimadzu Corporation生产的测量仪器(型号为SALD-7500)对包含在预定体积的含有UFB的液体W中的直径小于1.0μm的UFB 11进行计数而获得上述的UFB的数量密度。

下面描述通过类似于该实施例向含有T-UFB的液体施加超声波振动来增加UFB的优选条件的示例。将超声波振动件放入容器中的与大气连通的含有T-UFB的水中，并且将以50至500KHz、50至100W使振动件振动的操作执行一到五秒。更优选地，将该操作重复约2至10次。在从含有T-UFB的液体的储存容器的外部通过该容器施加超声波的情况下，将以1至10KHz、10至50W使振动件振动的操作执行20至50秒，并且容器的内部与大气连通。替代地，将施加超声波五到十秒的操作重复约两到十次。

作为比较，在将工业纯水直接供应至第四后处理机构450并且施加与上述相同的超声波振动的情况下，确认在所收集的液体中几乎没有UFB。即，施加超声波振动的第四后处理机构450不是用于在不包含UFB的液体中生成新的UFB，而是具有在已经包含UFB的液体中增加UFB的数量的功能。

图13示出了可以被添加或替换到上述的后处理单元400中的第五后处理机构460。第五后处理机构460是增加处理单元，其使用高强度聚焦超声波(HIFU)来进一步增加在含有T-UFB的液体W中所包含的T-UFB的量。

第五后处理机构460包括储存容器461、振动生成单元465、液体引入通道462、阀463和液体排出通道464。振动生成单元465包括电缆466、换能器467和超声波探头468。一旦通过电缆466供应电力，换能器467就将电力转换成机械振动频率，然后超声波探头468生成处于MHz频带的超声波。生成的超声波聚焦在距超声波探头468约几毫米至几十毫米的位置，并且在聚焦部位引起快速的加热和气蚀。

这样的快速加热和气蚀导致聚焦部位周围的UFB发生波动，并且根据条件的不同而分裂。另外，在继续由超声波探头468生成超声波的情况下，聚焦部位周围的UFB破裂，结果生成了更多数量的UFB。

在从生成超声波起经过预定时间之后，使振动生成单元465停止并且打开阀463，然后将被调节为具有期望的包含浓度的含有T-UFB的液体W通过液体排出通道464转移至收集单元500。

下面描述由发明人使用T-UFB生成单元300和包括第五后处理机构460的后处理单元400进行具体验证的细节。首先，在T-UFB生成单元300中的元件基板12上布置10000个加热元件10。使用工业纯水作为液体W，并且液体W在T-UFB生成单元300的腔室301中以1.0升/小时的流体流速流动。在该状态下，以10KHz的驱动频率向每个加热元件施加电压为24V且脉冲宽度为1.0μs的电压脉冲。

由收集单元500直接收集所生成的含有T-UFB的液体W，并且通过检查所包含的UFB的浓度而确认在所收集的含有T-UFB的液体W中每1.0mL有36亿个UFB。另一方面，作为将生成的含有T-UFB的液体W供应到第五后处理机构460且由超声波探头468以3.0MHz、36W生成的超声波持续20秒的结果，确认在所收集的含有T-UFB的液体W中每1.0mL约有108亿个UFB。换句话说，可以通过由第五后处理机构460施加聚焦超声波来增加所包含的UFB的浓度。通过使用由Shimadzu Corporation生产的测量仪器(型号为SALD-7500)对包含在预定体积的含有UFB的液体W中的直径小于1.0μm的UFB 11进行计数而获得上述的UFB的数量密度。

作为比较，在将工业纯水直接供应到第五后处理机构460并且施加与上述相同的聚焦超声波的情况下，确认在所收集的液体中几乎没有UFB。即，施加聚焦超声波的第五后处理机构460不是用于在不包含UFB的液体中生成新的UFB，而是具有在已经包含UFB的液体中增加UFB的数量的功能。

<<能够用于含有T-UFB的液体的液体和气体>>

现在，描述能够用于生成含有T-UFB的液体的液体W。在该实施例中，能够使用的液体W例如是纯水、离子交换水、蒸馏水、生物活性水、磁性活性水、清洗液、自来水、海水、河水、清洁水和污水、湖水、地下水、雨水等。也可以使用包含上述液体等的混合液体。也可以使用包含水和可溶性有机溶剂的混合溶剂。与水混合使用的可溶有机溶剂没有特别限制；然而，可溶有机溶剂的具体示例可以列举如下。碳数为1至4的烷基醇类，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇。酰胺类，包括N-甲基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺。酮类或酮醇类，包括丙酮和双丙酮醇。环醚类，包括四氢呋喃和二恶烷。二醇类，包括乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,2-己二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二甘醇、三甘醇和硫代二甘醇。多元醇的低级烷醚类，包括乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单丁醚、三甘醇单甲醚、三甘醇单乙醚和三乙二醇单丁醚。聚烷撑二醇类，包括聚乙二醇和聚丙二醇。三醇类，包括甘油、1,2,6-己三醇和三羟甲基丙烷。这些可溶性有机溶剂可以单独使用，或者可以一并使用其中的2种以上。

可以引入溶解单元200中的气体成分是例如氢、氦、氧、氮、甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气等。气体成分可以是包含上述成分中的一些成分的混合气体。另外，溶解单元200不一定要溶解气态的物质，并且溶解单元200可以将包含期望成分的液体或固体融解到液体W中。在该情况下，溶解可以是自发溶解、施加压力引起的溶解、或者是由归因于电离的水合、离子化和化学反应引起的溶解。

<<T-UFB生成方法的效果>>

接下来，通过与常规的UFB生成方法进行比较来描述上述的T-UFB生成方法的特性和效果。例如，在以文丘里(Venturi)法为代表的常规的气泡生成装置中，在流路的一部分中设有诸如减压喷嘴的机械减压结构。液体以预定压力流动以经过减压结构，并且在减压结构的下游区域中生成各种尺寸的气泡。

在该情况下，在生成的气泡中，由于诸如毫米气泡和微米气泡的相对较大的气泡会受到浮力的影响，因此这些气泡上升至液体表面并消失。即使是不受浮力影响的UFB也可能会与毫米气泡和微米气泡一起消失，原因在于UFB的气液界面能量不是很大。另外，即使上述的减压结构串联布置，并且相同的液体重复地流过减压结构，也不可能长期存储数量与重复次数相对应的UFB。换句话说，通过常规的UFB生成方法生成的含有UFB的液体难以长期地将所包含的UFB的浓度维持在预定值。

相比之下，在利用膜沸腾的该实施例的T-UFB生成方法中，在极其靠近加热元件的部分中会局部地发生从常温到约300℃的快速温度变化以及从常压到几兆帕的快速压力变化。加热元件为矩形，其一条侧边约为数十μm至数百μm。它是常规的UFB生成单元的尺寸的约1/10至1/1000。另外，在膜沸腾气泡表面的极薄的膜区域内的气体溶解液体瞬间(在微秒级的极短时间内)超过热溶解极限或压力溶解极限的情况下，发生相变并且气体溶解液体析出而形成UFB。在该情况下，几乎不生成相对较大的气泡例如毫米气泡和微米气泡，并且液体包含具有极高纯度的直径约为100nm的UFB。而且，由于以该方式生成的T-UFB具有足够大的气液界面能量，因此在正常环境下T-UFB不容易破裂并且可以长期储存。

特别地，利用了能够在液体中局部形成气体界面的膜沸腾现象的本发明可以在液体的靠近加热元件的一部分中形成界面而不会影响整个液体区域，并且在其上执行加热和加压动作的区域可以是极为局部的区域。结果，可以稳定地生成期望的UFB。通过液体循环对生成液体应用更多的用于生成UFB的条件，可以另外地生成对于已经制成的UFB影响很小的新的UFB。结果，可以相对容易地生产期望尺寸和浓度的UFB液体。

而且，由于T-UFB生成方法具有上述的滞后特性，因此可以在保持高纯度的同时将浓度增加到期望浓度。换句话说，根据T-UFB生成方法，可以有效地生成具有高纯度和高浓度、并且能够长期储存的含有UFB的液体。

<<含有T-UFB的液体的具体用途>>

通常，含有超精细气泡的液体的应用通过包含气体的类型来进行区分。任何类型的气体都可以制成UFB，只要能够将约为PPM至BPM的气体量溶解在液体中即可。例如，含有超精细气泡的液体可以用于以下用途。

-包含空气的含有UFB的液体可以优选地用于工业、农业和水产业、以及医疗领域等中的清洁，以及植物与农业和水产业产品的养殖。

-包含臭氧的含有UFB的液体不仅可以优选地用于工业、农业和水产业、以及医疗领域等中的清洁应用，而且还可以用于旨在消毒、灭菌和去污的应用，以及例如排水和受污染土壤的环境净化。

-包含氮的含有UFB的液体不仅可以优选地用于工业、农业和水产业、以及医疗领域等中的清洁应用，而且还可以用于旨在消毒、灭菌和去污的应用，以及例如排水和受污染土壤的环境净化。

-包含氧的含有UFB的液体可以优选地用于工业、农业和水产业、以及医疗领域等中的清洁应用，以及植物与农业和水产业产品的养殖。

-包含二氧化碳的含有UFB的液体不仅可以优选地用于工业、农业和水产业、以及医疗领域等中的清洁应用，而且还可以用于例如旨在消毒、灭菌和去污的应用。

-包含全氟化碳作为医用气体的含有UFB的液体可以优选地应用于超声波诊断和治疗。如上所述，含有UFB的液体可以在医疗、化学、牙科、食品、工业、农业和水产业等各个领域中发挥作用。

在每一种应用中，包含在含有UFB的液体中的UFB的纯度和浓度对于快速且可靠地发挥含有UFB的液体的作用而言至关重要。换句话说，通过利用该实施例的T-UFB生成方法，预计可以在各个领域中实现前所未有的效果，该T-UFB生成方法使得能够生成具有高纯度和期望浓度的含有UFB的液体。以下是预计能够优选地应用T-UFB生成方法和含有T-UFB的液体的应用列表。

(A)液体精制应用

-在将T-UFB生成单元设置用于水净化单元的情况下，预计能够增强水净化效果和PH调节液体的精制效果。T-UFB生成单元还可以被设置用于碳酸水服务机。

-在将T-UFB生成单元设置用于加湿器、香味扩散器、咖啡机等的情况下，预计能够增强室内的加湿效果、除臭效果和气味扩散效果。

-如果生成了由溶解单元将臭氧气体溶解于其中的含有UFB的液体并且将其用于牙科治疗、烧伤治疗和使用内窥镜的伤口治疗，则预计能够增强医疗清洁效果和抗菌效果。

-在将T-UFB生成单元设置用于公寓的储水箱的情况下，预计能够增强供长期储存的饮用水的水净化效果和除氯效果。

-如果将包含臭氧或二氧化碳的含有T-UFB的液体用于无法进行高温巴氏杀菌处理的日本清酒、烧酒、葡萄酒等的酿酒过程中，则预计能够比使用常规液体更高效地进行巴氏杀菌处理。

-如果在用于特定保健用途的食品和具有功能要求的食品的生产过程中将含有UFB的液体混入配料中，则可以进行巴氏灭菌处理，因此可以提供安全和功能性兼具的食品并且没有味道的损失。

-在将T-UFB生成单元设置用于在诸如鱼和珍珠的水产业产品的养殖场所中用于养殖的海水和淡水的供应路线的情况下，预计能够促进水产业产品的产卵和生长。

-在将T-UFB生成单元设置在用于食品保存的水的精制过程中的情况下，预计能够增强食品的保存状态。

-在将T-UFB生成单元设置在用于对池水或地下水进行漂白的漂白单元中的情况下，预期能够实现更好的漂白效果。

-在将含有T-UFB的液体用于修复混凝土构件的裂缝的情况下，预计能够增强裂缝修复的效果。

-在T-UFB被包含在使用液体燃料的机器(例如汽车、船舶和飞机)所用的液体燃料中的情况下，预计能够增强燃料的能量效率。

(B)清洁应用

近来，含有UFB的液体作为用于移除附着在衣物上的污物等的清洁水已经受到关注。如果将以上实施例中描述的T-UFB生成单元设置用于洗衣机，并且将比常规液体具有更高纯度和更好渗透性的含有UFB的液体设置用于洗衣桶，则预计能够进一步增强洗净能力。

-在将T-UFB生成单元设置用于淋浴器和便盆洗涤器的情况下，预计不仅对包括人体在内的各种动物具有清洁效果，而且还具有促进移除浴室和便盆上的水渍和霉菌的污染物移除的效果。

-在将T-UFB生成单元设置用于汽车用的车窗清洗机、用于清洗壁构件等的高压清洗机、洗车机、洗碗机、食物清洗机等的情况下，以及能够进一步增强其清洁效果。

-在将含有T-UFB的液体用于清洁和维护在包括压制后的去毛刺步骤的工厂中生产的零件的情况下，预计能够增强清洁效果。

-在半导体元件的生产中，如果将含有T-UFB的液体用作用于晶片的抛光水，则预计能够增强抛光效果。另外，如果在抗蚀剂移除步骤中使用含有T-UFB的液体，则能够促进难以剥离的抗蚀剂的剥离。

-在将T-UFB生成单元设置用于清洁和净化医疗机器(诸如医疗机器人、牙科治疗单元、器官保存容器等)所用的机器的情况下，预计能够增强机器的清洁效果和净化效果。T-UFB生成单元也可以用于动物的治疗。

(C)医药应用

-如果在化妆品等中包含了含有T-UFB的液体，则能够促进向皮下细胞的渗透，并且能够显著减少对皮肤有不良影响的添加剂例如防腐剂和表面活性剂。结果，可以提供更安全和更具功能性的化妆品。

-如果将含有T-UFB的高浓度纳米气泡制剂用于诸如CT和MRI的医疗检查装置的造影剂，则可以有效地使用X射线的反射光和超声波。这使得可以拍摄更详细的能够用于癌症等的初步诊断的图像。

-如果将包含T-UFB的高浓度纳米气泡水用于被称为高强度聚焦超声机(HIFU)的超声波治疗机，则可以降低超声波的照射功率，因此可以使治疗的无创性更好。特别地，可以减少对正常组织的损伤。

-通过使用包含T-UFB的高浓度纳米气泡作为来源、使得在气泡周围的负电荷区域中形成脂质体的磷脂改性、并且通过磷脂施加各种医疗物质(例如，DNA和RNA)，就可以制成纳米气泡制剂。

-如果将通过T-UFB生成方法制成的包含高浓度纳米气泡水的药物输送到牙根管中以进行牙髓和牙本质的再生治疗，则该药物会由于纳米气泡水的渗透作用而深深地进入牙本质小管，并且促进去污效果。这就使得可以在短时间内安全地治疗感染的牙髓根管。

如上所述，根据本发明的超精细气泡生成方法通过在T-UFB生成单元之前提供预处理单元和溶解单元而能够有效地生成具有高纯度的含有UFB的液体。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有这样的变型以及等同的结构和功能。

Claims (29)

1.一种超精细气泡生成方法，所述超精细气泡生成方法包括：

生成步骤，在所述生成步骤中，向设置在液体中的设有加热元件的元件基板施加电压脉冲以生成热，从而在所述液体和所述加热元件之间的界面上生成膜沸腾气泡，并且通过所述膜沸腾气泡的膨胀和收缩来生成直径小于1.0μm的超精细气泡，其中所述电压脉冲的脉冲宽度为0.5μsec至10.0μsec，并且所述元件基板包括硅基板、蓄热层、电阻层、配线、保护层和耐气蚀膜；

后处理步骤，其对包含在所述生成步骤中生成的超精细气泡的含有超精细气泡的液体执行预定的后处理；以及

收集在所述后处理步骤中处理过的所述含有超精细气泡的液体的步骤。

2.根据权利要求1所述的超精细气泡生成方法，其中

所述后处理步骤包括用于从所述含有超精细气泡的液体移除杂质的移除处理。

3.根据权利要求2所述的超精细气泡生成方法，其中

所述移除处理包括用于通过使用阳离子交换树脂移除无机离子的第一处理。

4.根据权利要求3所述的超精细气泡生成方法，其中

通过所述第一处理移除的所述无机离子包含形成所述加热元件的金属。

5.根据权利要求3所述的超精细气泡生成方法，其中

通过所述第一处理移除的所述无机离子包含选自Si、AL、W、Pt、Pd、Ta、Fe、Cr、Ni、Ir和Ru中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的超精细气泡生成方法，其中

所述移除处理包括用于通过使用滤过性过滤器移除有机物质的第二处理。

7.根据权利要求6的超精细气泡生成方法，其中

通过所述第二处理移除的所述有机物质包括选自包含硅的有机化合物、环氧树脂和细菌中的至少一种。

8.根据权利要求2的超精细气泡生成方法，其中

所述移除处理包括用于通过利用不溶性固体物质的沉降特性来移除所述不溶性固体物质的第三处理。

9.根据权利要求1所述的超精细气泡生成方法，其中

所述后处理步骤包括用于增加所述含有超精细气泡的液体中所包含的超精细气泡的浓度的增加处理。

10.根据权利要求9的超精细气泡生成方法，其中

在所述增加处理中，通过在所述含有超精细气泡的液体中生成超声波来增加所包含的超精细气泡的浓度。

11.根据权利要求9的超精细气泡生成方法，其中

在所述增加处理中，通过将聚焦超声波施加至所述含有超精细气泡的液体来增加所包含的超精细气泡的浓度。

12.根据权利要求1所述的超精细气泡生成方法，其还包括：

将氢、氦、氧、氮、甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气和包含它们的混合气体中的任何一种溶解在将供应到所述生成步骤中的液体中的溶解步骤，其中

在所述生成步骤中生成的超精细气泡在其内部包含在所述溶解步骤中溶解的气体。

13.根据权利要求1所述的超精细气泡生成方法，其中

在执行所述后处理步骤之后再次执行所述生成步骤。

14.根据权利要求1所述的超精细气泡生成方法，其中所述加热元件为矩形。

15.一种超精细气泡生成装置，所述超精细气泡生成装置包括：

生成单元，所述生成单元向设置在液体中的设有加热元件的元件基板施加电压脉冲以生成热，从而在所述液体和所述加热元件之间的界面上生成膜沸腾气泡，并且通过所述膜沸腾气泡的膨胀和收缩来生成直径小于1.0μm的超精细气泡，其中所述电压脉冲的脉冲宽度为0.5μsec至10.0μsec，并且所述元件基板包括硅基板、蓄热层、电阻层、配线、保护层和耐气蚀膜；

后处理单元，所述后处理单元对包含由所述生成单元生成的超精细气泡的含有超精细气泡的液体执行预定的后处理；以及

收集单元，所述收集单元收集由所述后处理单元处理过的所述含有超精细气泡的液体。

16.根据权利要求15所述的超精细气泡生成装置，其中

所述后处理单元包括移除单元，所述移除单元从所述含有超精细气泡的液体移除杂质。

17.根据权利要求16所述的超精细气泡生成装置，其中

所述移除单元包括第一单元，所述第一单元通过使用阳离子交换树脂移除无机离子。

18.根据权利要求17所述的超精细气泡生成装置，其中

由所述第一单元移除的无机离子包含形成所述加热元件的金属。

19.根据权利要求18所述的超精细气泡生成装置，其中

由所述第一单元移除的无机离子包含选自Si、AL、W、Pt、Pd、Ta、Fe、Cr、Ni、Ir和Ru中的至少一种。

20.根据权利要求16所述的超精细气泡生成装置，其中

所述移除单元包括第二单元，所述第二单元通过使用滤过性过滤器移除有机物质。

21.根据权利要求20所述的超精细气泡生成装置，其中

由所述第二单元移除的有机物质包括选自包含硅的有机化合物、环氧树脂和细菌中的至少一种。

22.根据权利要求20所述的超精细气泡生成装置，其中

所述滤过性过滤器的网孔直径为1μm以下。

23.根据权利要求16所述的超精细气泡生成装置，其中

所述移除单元包括第三单元，所述第三单元通过利用不溶性固体物质的沉降特性来移除所述不溶性固体物质。

24.根据权利要求15所述的超精细气泡生成装置，其中

所述后处理单元包括增加处理单元，所述增加处理单元增加所述含有超精细气泡的液体中所包含的超精细气泡的浓度。

25.根据权利要求24所述的超精细气泡生成装置，其中

所述增加处理单元通过在所述含有超精细气泡的液体中生成超声波来增加所包含的超精细气泡的浓度。

26.根据权利要求24所述的超精细气泡生成装置，其中

所述增加处理单元通过将聚焦超声波施加至所述含有超精细气泡的液体来增加所包含的超精细气泡的浓度。

27.根据权利要求15所述的超精细气泡生成装置，其还包括：

溶解单元，所述溶解单元将氢、氦、氧、氮、甲烷、氟、氖、二氧化碳、臭氧、氩、氯、乙烷、丙烷、空气和包含它们的混合气体中的任何一种溶解在将供应到所述生成单元的液体中，其中

所述生成单元生成的超精细气泡在其内部包含由所述溶解单元溶解的气体。

28.根据权利要求15所述的超精细气泡生成装置，其还包括：

循环路径，由所述后处理单元处理过的液体通过所述循环路径被供应到所述生成单元。

29.根据权利要求15所述的超精细气泡生成装置，其中所述加热元件为矩形。