Surface-Area-to-Volume Ratio Determines Surface Tensions in Microscopic, Surfactant-Containing Droplets.
Surface-Area-to-Volume Ratio Determines Surface Tensions in Microscopic, Surfactant-Containing Droplets.
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表面积与体积之比决定了含表面活性剂的微观液滴中的表面张力。
DOI：
10.1021/acscentsci.3c00998
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发表时间：
2023-11-22
影响因子：
18.2
通讯作者：
Bzdek, Bryan R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bain, Alison;Ghosh, Kunal;Prisle, Nonne L.;Bzdek, Bryan R.
气溶胶液滴的表面成分是预测云滴数量浓度、了解大气污染物转化和解释加速液滴化学观测的核心。由于气溶胶液滴的表面积与体积比很大，表面活性剂在气液界面的吸附会耗尽液滴的整体浓度，导致液滴的表面成分与产生它们的溶液的表面成分不匹配。通过对单个含有表面活性剂的微米级液滴表面张力的直接测量，以及对液滴表面张力的完全独立的预测热力学模型，我们证明，对于强表面活性剂，液滴的表面积与体积比成为决定液滴表面张力的关键因素，而不是表面活性剂性质的差异。对于相同的表面活性剂总浓度，液滴的表面张力可以比产生它的宏观溶液的表面张力高40 mN/m。这些观测表明，在调查气溶胶液滴表面的非均相化学反应或估算气溶胶对云滴的活化时，需要明确考虑表面积与体积的比率。对于含有强表面活性剂的小液滴，比表面积与体积比成为决定表面张力的关键因素。
The surface composition of aerosol droplets is central to predicting cloud droplet number concentrations, understanding atmospheric pollutant transformation, and interpreting observations of accelerated droplet chemistry. Due to the large surface-area-to-volume ratios of aerosol droplets, adsorption of surfactant at the air–liquid interface can deplete the droplet’s bulk concentration, leading to droplet surface compositions that do not match those of the solutions that produced them. Through direct measurements of individual surfactant-containing, micrometer-sized droplet surface tensions, and fully independent predictive thermodynamic modeling of droplet surface tension, we demonstrate that, for strong surfactants, the droplet’s surface-area-to-volume ratio becomes the key factor in determining droplet surface tension rather than differences in surfactant properties. For the same total surfactant concentration, the surface tension of a droplet can be >40 mN/m higher than that of the macroscopic solution that produced it. These observations indicate that an explicit consideration of surface-area-to-volume ratios is required when investigating heterogeneous chemical reactivity at the surface of aerosol droplets or estimating aerosol activation to cloud droplets. Surface-area-to-volume ratio becomes the key determinant of surface tension for small droplets containing strong surfactants.
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