前沿应用:MicroFab压电技术助力冰冻微液滴界面反应新机制的研究
浏览次数:20 发布日期:2026-11-6
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近期复旦大学张立武团队发表于《Journal of the American Chemical Society》的前沿研究证实:采用 MicroFab 压电技术输出确定粒径、单分散微液滴,定量解析液滴尺寸对于冰冻微液滴内部晶界占比、反应动力学的影响,研究大气冰冻微液滴内部冰晶晶界的化学反应,为冰—水界面结构与低温反应动力学之间建立了微观联系,对寒冷及混合相环境中的大气化学研究具有重要意义。
▶技术突破:采用MicroFab压电技术精准可控的液滴粒径输出,区别于气动雾化产生宽对数正态分布的液滴,压电按需喷射可以通过电信号参数直接调控液滴直径,获得一系列离散确定尺寸的微液滴,满足变量控制实验,建立液滴直径‑晶界占比‑硫酸盐生成速率的定量对应关系
▶性能优势:定点非接触沉积,样本体系稳定,微液滴定点喷射沉积至疏水石英基底,喷嘴-基底距离可控;配合高湿度环境,规避液滴蒸发带来的浓度、粒径偏移干扰,保证冻结前微滴理化状态稳定
▶技术支撑:脉冲按需喷射,独立微反应器批量制备,200 Hz 脉冲按需出滴,生成一颗颗相互独立的微液滴,每一颗液滴独立完成异质冰成核、相变冻结,作为独立微反应器。可批量制备平行样本,保障SRS成像、硫酸盐生成动力学测试的实验重复性
本研究基于MicroFab压电技术微液滴发生,结合低温受激拉曼散射 SRS 显微成像、MCR‑ALS 多元曲线分辨解析冰冻微滴内部光谱信号,区分间隙液相、冰‑水界面、本体冰 Ih 三种组分。研究证实,冰冻微滴内部深埋的冰‑水界面存在受扰溶剂化现象,水分子取向有序度下降,发生部分去溶剂化。结合分子动力学模拟,酸化晶界协同受扰界面溶剂化效应,降低电子转移能垒,最终使冰冻微滴中 SO₂自氧化表观速率相比过冷液态微滴提升约 20 倍。动力学结果显示,微滴尺寸与硫酸盐生成速率显著负相关,离不开 MicroFab 微滴发生系统提供的可控粒径样本,本项工作解释了低温冰雾环境硫酸盐快速生成的微观机理,也证明压电按需微滴发生技术,是大气气溶胶‑冰冻微液滴方向开展定量尺寸效应研究不可或缺的样本制备工具。MicroFab压电技术微液滴发生为冰—水界面结构与低温反应动力学之间建立了微观联系,对寒冷及混合相环境中的大气化学研究具有重要意义。
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