气溶胶发生器能够将液体转化为微米级的悬浮颗粒，其核心过程——雾化与颗粒形成——是流体力学与表面物理化学共同作用的精密结果。理解其背后的原理，对于控制气溶胶的粒径分布和稳定性至关重要。
一、液体雾化的流体力学机制
雾化的本质是克服液体自身内聚力（主要是表面张力），并将其破碎成微小液滴的过程。发生器主要通过以下几种方式实现：
压力雾化（射流破碎）：液体在高压下通过微小喷嘴，形成高速射流。射流的不稳定性（如瑞利不稳定性）会使其发生波动、扭曲，最终在空气阻力和表面张力的竞争下断裂成液滴。粒径与喷嘴直径、压力和液体粘度正相关。
气动雾化（两流雾化）：利用高速气流（通常是压缩空气）在喷嘴处与低速液流相互作用。强大的气动剪切力将液膜或液丝撕碎，形成更细的液滴。这种方法能产生比压力雾化更小的粒径。
超声波雾化：通过压电换能器产生高频机械振动（通常>1MHz），振动传递至液面形成毛细波。当波的振幅足够大时，波峰处会飞溅出微米级的液滴。此方法能量集中，产生的液滴单分散性通常更好。
二、颗粒形成的物理化学过程
雾化产生的初始液滴并非最终的气溶胶颗粒，它们会经历一个动态的演化过程：
溶剂蒸发与粒径固化：液滴进入气相环境后，其挥发性溶剂（通常是水或有机溶剂）开始迅速蒸发。蒸发速率受环境温度、湿度和液滴表面积的共同影响。随着溶剂蒸发，液滴粒径缩小，溶解在其中的非挥发性溶质（如盐类、高分子聚合物）浓度不断升高。
过饱和与成核结晶：当溶质浓度超过其饱和溶解度时，液滴进入过饱和状态。分子或离子开始自发聚集，形成晶核并最终生长为固态颗粒。对于高分子或混合物，则可能形成无定形颗粒。
表面吸附与最终形态：在颗粒表面，表面能会驱动其吸附环境中的气体分子或其他物质。最终颗粒的形态（球形、结晶或无定形）由溶质的物理化学性质、蒸发速率和内部马兰戈尼对流等因素共同决定。快速蒸发往往利于形成中空的球壳结构。
总结：气溶胶的发生是“力”与“相变”的共舞。流体力学提供了破碎液体的初始能量，而表面张力和蒸发动力学则主导了液滴向稳定颗粒的最终转变。精确控制这些物理化学参数，是获得理想单分散气溶胶的关键。
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