导语
微液滴与气体/固体接触形成的气-液界面/固-液界面可以显著加速原本缓慢的反应或引发原本不可能发生的反应。气-液界面首先被认为起主要作用，形成的超高电场（109 V/m）能够诱导分子的富集和定向排列，有助于电子从反应物转移到产物以及改变偶极矩，从而加速反应。然而，最近的研究表明固-液界面在微液滴反应中发挥着重要作用，尤其是接触起电（contact electrification，CE）。现有产生微液滴的实验方法，例如，传统的喷雾方法微液滴会与石英毛细管接触。超声波雾化会与超声探头接触，将水蒸气在某一表面凝结成微液滴也无法避免固-液接触。由于缺乏产生非接触式微液滴（只存在气-液界面）的方法，很难排除其他界面的干扰，存在气-液界面的同时也存在着固-液、水-油等界面，对气-液界面促进反应的作用存在争议，无法充分证明气-液界面促进反应的作用。
前沿科研成果
近日，南开大学张新星教授团队为了排除其他界面的干扰，制造了只有气-液界面的微液滴。他们首先利用超声波悬浮了几毫米大小的宏观液滴，其后通过操纵声场，将大液滴雾化成微液滴，在这一产生微液滴的过程中，微液滴只与空气有接触，而未接触任何固体、液体等其他界面。他们用此方法成功测试了多种反应，表明气-液界面促进化学反应毫无争议性，这一工作解决了近年来关于“不纯”气-液界面（即存在气-液界面的同时总是还存在固-液界面、水-油界面等界面的影响）促进反应的争议问题。该研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.4c07712）上。
p是声悬浮产生的声压，ρ0是空气的密度，c0是空气的声速，〈〉表示一个周期内某物理量的时间平均，v是周围空气的速度。等式（1）中的第一项表示使液滴悬浮并扁平的正压力，第二项基于伯努利效应，液滴赤道区域空气流速增大产生了使其变平的负压。在本实验中，超声波的频率为20.5 kHz，悬浮几毫米大小的液滴，增加声压，悬浮的母液滴被压成圆盘状。当声压和周围空气的气流速度增加到某一极限，即达到临界Weber数时，圆盘状的液滴开始雾化形成微液滴。
为了量化声场对雾化的影响，作者计算了声悬浮中的声压和周围空气速度。如图2A所示，当声悬浮的声压达到1.7×104 Pa，对液滴产生较强的压缩力，周围气流速度达到1.30×102 m/s，对液滴产生较强的赤道方向拉力，导致液滴表面极不稳定，液滴开始雾化，形成非接触式微液滴（只存在气-液界面）。
作者简介
红包活动 投稿 转载 合作等
加微信：ChemBeanGo101
