伊利诺伊大学香槟分校
在一项新的研究中，机械科学与工程教授、研究生杨(左)和博士后吉(右)用高速摄影技术演示了爆炸气泡将污染物和微生物等有机物质输送到大气中的机理
信用:布莱恩·斯陶弗 气泡在自然界中很常见，在海浪破碎和雨滴撞击表面时会形成气泡
当气泡破裂时，它们会将微小的水和其他物质喷射到空气中
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一项新研究调查了气泡表面和含有有机物质的水之间的相互作用是如何促进雾化有机物质(其中一些与疾病或污染的传播有关)进入大气的
这项研究由机械科学与工程教授解峰和博士后研究员吉以及研究生杨领导，展示了一种发生在气泡破裂和空气界面的独特传输机制
研究结果发表在《自然通讯》杂志上
“我们都很熟悉当啤酒放在我们面前时，我们是如何闻到啤酒的味道的，”冯说
泡沫中破裂的气泡将雾状液体滴送入空气中
然后我们吸入这些微小的液滴，激活我们的嗅觉——这就是我们在这项研究中研究的现象
" 研究人员说，有时液体表面富含有机物质，如海洋上的石油微层或城市废水处理厂反应池中液体表面的微生物
“我们的目标是确定是什么导致了气泡破裂过程中的有机物质释放到空气中，以及是什么控制了物质的释放量，”季说
为了以可控的方式模拟气泡破裂过程，研究小组通过释放单个气泡——其大小由注射泵和针头控制——向上穿过一个水柱，水柱顶部覆盖着一层已知粘度和不同厚度的硅油
杨说:“我们观察到，泡沫暂时位于石油下方，然后破裂。”
“我们用高速摄影捕捉这一过程，这样我们就能以慢动作研究气泡破裂的动力学
" 研究人员发现，只有当油层厚度小于气泡半径时，喷射液滴才会出现
研究人员说，如果油层较厚，气泡会进入油层，不会喷出任何油性气溶胶液滴
“我们还发现，油的粘度和厚度控制着由此产生的爆裂射流的形状、大小和速度，这对爆裂射流喷出多少油有影响，”冯说
“值得注意的是，我们发现随着油粘度和油层厚度的增加，油射流变得更薄，行进速度更快，这不是我们所预期的
此外，我们发现微小的液滴可以包含高达80%的有机物质体积分数，这可能在分散污染物中起重要作用
" 冯说，这项工作将有助于完善模型，用于预测在发生石油和其他污染物在水中泄漏等灾害时，污染物是如何在环境中传播的
这些发现还将有助于确定从事有机气溶胶危害工作的人员的个人防护设备规格，并使气候科学家能够完善气候建模中使用的污染物数据
“我们希望我们的下一步将是与生物学家合作，看看这种对通过自然气泡形成气溶胶的理解如何转化为一个更实用的系统，也许可以使用病毒和其他微生物，”冯说
“我认为，使用可能带来现实生活风险的真实生物材料将展示这类研究的真正影响
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