Precise, contactless measurements of the surface tension of picolitre aerosol droplets.
Precise, contactless measurements of the surface tension of picolitre aerosol droplets.
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DOI：
10.1039/c5sc03184b
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发表时间：
2016-01-01
期刊：
影响因子：
8.4
通讯作者：
Royall CP
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bzdek BR;Power RM;Simpson SH;Reid JP;Royall CP
使用全息光镊可以精确测量空气中皮升液滴的表面张力和粘度。水滴的表面组成和表面张力可以影响关键的气溶胶特性和过程，包括在大气中激活形成云滴所需的临界过饱和度。尽管液滴表面张力测量具有根本的重要性，但由于液滴体积小，因此其具有相当大的挑战性。在这项工作中，我们利用全息光镊研究了一个悬浮液滴（<10 μm半径）的阻尼表面振荡以下的一对液滴的控制合并，并报告了第一次非接触测量的表面张力和粘度的液滴只包含1-4 pL的材料。在气溶胶中执行测量的优点是可以访问过饱和溶质状态（在大气气溶胶中常见）。对于成对的液滴开始在其平衡的表面组成，表面张力和粘度是一致的，与散装平衡值，表明液滴表面响应表面积的变化在微秒的时间尺度上，并建议平衡值可以假设为日益增长的大气液滴。此外，液滴表面被示出为被痕量物种迅速修改，从而改变它们的表面张力。这种平衡的液滴表面张力的局部环境条件下说明了在实验室空气中的未知污染物，也为液滴暴露于气体通过水-乙醇溶液。这种方法能够在很长一段时间内精确测量表面张力和粘度，这些特性目前受到很大的限制。
Precise measurements of the surface tension and viscosity of airborne picolitre droplets can be accomplished using holographic optical tweezers. The surface composition and surface tension of aqueous droplets can influence key aerosol characteristics and processes including the critical supersaturation required for activation to form cloud droplets in the atmosphere. Despite its fundamental importance, surface tension measurements on droplets represent a considerable challenge owing to their small volumes. In this work, we utilize holographic optical tweezers to study the damped surface oscillations of a suspended droplet (<10 μm radius) following the controlled coalescence of a pair of droplets and report the first contactless measurements of the surface tension and viscosity of droplets containing only 1–4 pL of material. An advantage of performing the measurement in aerosol is that supersaturated solute states (common in atmospheric aerosol) may be accessed. For pairs of droplets starting at their equilibrium surface composition, surface tensions and viscosities are consistent with bulk equilibrium values, indicating that droplet surfaces respond to changes in surface area on microsecond timescales and suggesting that equilibrium values can be assumed for growing atmospheric droplets. Furthermore, droplet surfaces are shown to be rapidly modified by trace species thereby altering their surface tension. This equilibration of droplet surface tension to the local environmental conditions is illustrated for unknown contaminants in laboratory air and also for droplets exposed to gas passing through a water–ethanol solution. This approach enables precise measurements of surface tension and viscosity over long time periods, properties that currently are poorly constrained.
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DOI：
10.1073/pnas.1305277110
发表时间：
2013-05-28
影响因子：
11.1
作者：
Davies, James F.;Miles, Rachael E. H.;Reid, Jonathan P.
通讯作者：
Reid, Jonathan P.
影响因子：
6.3
作者：
Petters, M. D.;Kreidenweis, S. M.
通讯作者：
Kreidenweis, S. M.
影响因子：
4.5
作者：
Liu, Yangang;Daum, Peter H.
通讯作者：
Daum, Peter H.
影响因子：
16.6
作者：
Noziere, Barbara;Baduel, Christine;Jaffrezo, Jean-Luc
通讯作者：
Jaffrezo, Jean-Luc
影响因子：
64.8
作者：
Facchini, MC;Mircea, M;Charlson, RJ
通讯作者：
Charlson, RJ