冰冷的蘇打水。海浪拍打著海灘。篝火的噼啪聲。從水壺中蒸氣。

這些不僅是輕松周末的要素，也是我們環(huán)境中氣溶膠的來(lái)源。雖然其中一些氣溶膠來(lái)源并不是什么大問(wèn)題，但來(lái)自工業(yè)來(lái)源的氣溶膠，如廢水處理廠，甚至天然來(lái)源，如海浪和灰塵，都有能力對(duì)環(huán)境甚至公眾健康產(chǎn)生更大的影響。

氣溶膠是懸浮在空氣中的液滴或細(xì)小固體顆粒的懸浮液。雖然氣溶膠以多種方式產(chǎn)生，但最重要的來(lái)源之一是通過(guò)液體和空氣之間界面處的氣泡破裂。以前的大多數(shù)研究都集中在“清潔”氣泡上，盡管受污染的界面更為普遍。

諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校機(jī)械科學(xué)與工程助理教授馮杰和研究生楊正宇的新研究表明，由薄油層涂層覆蓋的破裂氣泡會(huì)產(chǎn)生更小尺寸的液滴，更多的液滴總數(shù)，并且以更高的速度噴射比在清潔水中產(chǎn)生的氣泡。這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《自然物理學(xué)》上。

氣溶膠在我們的環(huán)境中無(wú)處不在，它們本質(zhì)上可以是自然的，也可以是人為的。氣泡破裂氣溶膠在質(zhì)量通過(guò)液體界面的轉(zhuǎn)移中起著關(guān)鍵作用。例如，海浪氣溶膠主要是由海洋表面的氣泡破裂產(chǎn)生的。氣泡破裂產(chǎn)生的液滴會(huì)影響空氣污染、全球氣候甚至傳染病的傳播。這些液滴的一個(gè)重要參數(shù)是它們的大小，因?yàn)樗砻髁嗽诖髿庵械耐Ａ魰r(shí)間和運(yùn)輸 - 小液滴更容易被風(fēng)抬起并且可以傳播得更遠(yuǎn)。

馮說(shuō)：“我們到處都有污染的水。當(dāng)氣泡從更深的水上升到表面時(shí)，它會(huì)收集污染物并在其周?chē)纬捎袡C(jī)層。我們稱(chēng)之為受污染的泡沫。當(dāng)它到達(dá)表面并破裂時(shí)，它實(shí)際上可以將這些污染物霧化成小液滴。

Feng和Yang研究了薄薄的油層對(duì)破裂氣泡的影響，作為受污染氣泡的模型系統(tǒng)。在水表面上破裂毫米大小的裸泡會(huì)產(chǎn)生典型尺寸約為100微米(μm)的液滴(典型的人類(lèi)頭發(fā)約為100-200μm)。在這項(xiàng)工作中，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)破裂的氣泡被一層薄薄的油覆蓋時(shí)，液滴可以小到幾微米。此外，裸氣泡爆裂產(chǎn)生的液滴通常為每秒 1 米 (m/s)，而油涂層氣泡爆裂產(chǎn)生的液滴噴射速度高達(dá) 10 m/s。

Feng總結(jié)說(shuō)：“我們工作的主要結(jié)論是，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于這些受污染的氣泡，它們可以非常有效地將污染物霧化成微米大小的液滴。

在廢水處理廠等工業(yè)環(huán)境中，較小的受污染液滴可能會(huì)對(duì)在工廠工作的人員構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。在這些環(huán)境中，氣泡破裂可能會(huì)產(chǎn)生酸性霧和生物氣溶膠。了解受污染的氣泡對(duì)粒徑分布和噴射速度的影響對(duì)于設(shè)計(jì)有效的個(gè)人防護(hù)設(shè)備以及實(shí)施有關(guān)此類(lèi)設(shè)施附近空氣和水質(zhì)的其他指南至關(guān)重要。

在更廣泛的范圍內(nèi)，氣溶膠對(duì)天氣、氣候甚至人類(lèi)健康都有影響。

“這些飛沫可以傳播病原體，細(xì)菌和病毒，”楊說(shuō)。“當(dāng)你有這些小氣溶膠時(shí)，它們可以被噴射得更高，小尺寸和更高的噴射速度可以幫助它們?cè)诖髿庵型Ａ舾L(zhǎng)時(shí)間。了解氣溶膠的大小和組成對(duì)于改進(jìn)全球建模工作非常重要。此外，這些受污染的液滴可能會(huì)造成更大的污染物傳播和感染風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檩^小的氣溶膠能夠比較大的氣溶膠進(jìn)一步滲透到呼吸道中。

這項(xiàng)工作的其他貢獻(xiàn)者包括Bingqiang Ji(合著者，博士后，MechSE，UIUC)和Jesse T. Ault(布朗大學(xué)工程學(xué)院助理教授)。