环境学院博士生论文入选 AS&T 2018年度亮点论文

清华大学环境学院2019年1月21日电 1月17日,美国气溶胶研究学会会刊《气溶胶科学与技术》(Aerosol Science and Technology, AS&T)评选的2018年度亮点论文(AS&T Editors’ Notable Paper Selections)揭晓,环境学院博士生陈小彤有关气溶胶双极荷电稳定荷电分布的发现及其应用(Stationary characteristics in bipolar diffusion charging of aerosols: improving the performance of electrical mobility size spectrometers) 的论文入选。陈小彤为论文第一作者,环境学院蒋靖坤教授为论文通讯作者,美国明尼苏达大学机械工程系皮特·麦克默里(Peter McMurry)教授为合作作者。

气溶胶荷电过程普遍存在。例如太阳辐射在大气中产生大量的正离子和负离子,大气颗粒物(气溶胶)由于扩散运动同这些离子频繁发生着碰撞和电荷转移,导致颗粒物有些带正电、有些带负电、其余较高比例则为电中性。气溶胶荷电还被广泛应用于气溶胶测量技术、工业烟气净化、纳米材料合成、医药卫生等领域。对于同时存在正离子和负离子的双极荷电过程,气溶胶所达到的荷电分布最初被认为符合玻尔兹曼分布。后来发现正、负离子特性的差异致使其与玻尔兹曼分布有显著差异,进而发展了基于过渡空间传质的理论模型,模型预测的气溶胶荷电分布同实验室控制条件下的评测结果吻合较好。但自上世纪末,逐步发现实际应用条件下离子特性会受离子产生方式、离子源强度、痕量气体组分等影响,进而导致气溶胶荷电分布发生变化。以气溶胶粒径分布测量为例,荷电分布变化会显著影响现有粒径谱仪测量的准确性。

研究组通过理论模拟和实验评测发现在典型应用条件下,离子特性变化导致带正电荷的颗粒物减少的同时也会伴随着带负电荷的颗粒物的增加,反之亦然,而电中性颗粒物的比例相对稳定。同时考虑了带正、负电荷的颗粒物荷电分布可用理论模型预测,且不随应用条件的变化而变化。研究组以气溶胶测量为例,证明了该发现可解决荷电分布不稳定导致的粒径谱测量不确定性大的问题。

陈小彤现为环境学院直博四年级学生,她在环境学院就读本科期间即在因材施教项目支持下开始从事气溶胶研究工作,已围绕气溶胶荷电理论与技术方向上取得了多项研究成果。AS&T从2018年发表的论文中共选出了9篇亮点论文。同时入选的还有环境学院2013届本科毕业生麦华俊校友在加州理工学院理查德·弗雷根(Richard Flagan)院士和约翰·塞恩菲尔德(John Seinfeld)院士指导下完成的有关粒径谱仪数据分析方法的论文。他本科就读期间也曾在环境学院因材施教项目的支持下开展气溶胶研究工作。

本工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金委和美国能源部大气系统研究项目的经费支持。

论文链接:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02786826.2018.1479058