1) 表面纳米气泡坍塌过程的系统实验研究。首先，针对微流管道中水溶液替换方式下的表面纳米气泡的形成过程，研究了流体流速及管道中溶液替换位置对纳米气泡均匀性的影响规律；在稳定产生表面纳米气泡的实验条件下，揭示了表面润湿性对气泡覆盖率、数目密度和尺寸分布的影响。基于标定的稳定产生表面纳米气泡的实验条件，对所产生的表面纳米气泡进行长时间持续观测，发现了开放液体环境下两类表面纳米气泡坍塌行为：即溶解和呼吸模式。对于溶解模式，表面纳米气泡的接触直径持续增加，高度先经历短暂增加再持续降低，而接触角则一直减小；表面纳米气泡的体积先快速增加到一个最大值后再急剧降低，其形貌则从一个球冠形演变为一层薄气膜，总持续时间在10-20小时左右；其中，表面纳米气泡的接触线钉扎行为可大大增加气泡的寿命。而对于呼吸模式，表面纳米气泡的演变过程可分为四个阶段：1)在成核和生长后的4小时内，表面纳米气泡的接触直径、高度和接触角均增加；2）在4-8小时内，接触直径持续增加而高度开始降低，从而接触角也一直降低；3）在8-32小时内，表面纳米气泡的接触半径持续降低，高度持续增加，接触角也增加；4）在32小时之后，表面纳米气泡的接触直径、气泡高度、及气泡接触角均达到稳定。尽管表面纳米气泡的几何参量经历了上述往复增减的复杂变化，其体积只在前12小时持续增加，之后则保持在一个稳定值。

2) 表面纳米气泡坍塌动力学的大规模分子动力学模拟研究。针对实验中观测到的表面纳米气泡的坍塌动力学行为，项目组采用分子动力学模拟重现了纳米气泡的溶解和振荡现象。项目组首先模拟了光滑、化学性质均一的石墨烯上气泡的溶解过程。溶解过程中气泡的接触直径逐渐减小，高度急剧降低，而接触角几乎保持不变，类似于液滴在理想表面上的常接触角蒸发模式。项目组进而模拟了接触线钉扎下的气泡溶解过程。在坚硬表面上，导致固-液-气接触线钉扎行为主要有表面存在粗糙度和表面化学性质不均一两个因素。考虑到实验中使用的高定向热解石墨表面的粗糙度在原子量级，观察到的接触线钉扎应是由表面化学性质不均一造成。因此，我们模拟了具有圆形疏水图案的亲水表面上的气泡溶解动力学过程。气泡在溶解过程中始终保持接触直径几乎不变，而高度和接触角逐步降低，且钉扎越强，高度降低速度越快。在不同钉扎强度下，气体分子的减少速率却大致相同。为了探究实验中观察到的气泡“呼吸”模式的动力学现象，项目组开展了气泡振荡行为的分子动力学模拟研究。通过进一步考察了溶解过程中气体分子跨越气-液界面的现象，项目组发现：在理想的石墨烯表面，无论是从气泡逃逸到液体还是从液体进入气泡的分子数目在表面附近均最多，即气相和液相的分子交换主要发生在接触线附近，这和固体表面上液滴蒸发过程类似。然而，在接触线钉扎的气泡上，表面附近的分子交换受到极大的抑制，但远离表面的分子交换无明显变化，从而导致气泡的溶解速度减弱、寿命增长。