文章连载：气溶胶灭火剂的性能（4）

四、气溶胶粒子的界面现象

研究气溶胶的动力学特性的同时，必须考虑粒子的界面现象。它包括有界面蒸发及凝集和成核现象，粘附现象、粒子带静电荷现象等，它们都影响着气溶胶的动力学性质。

1．蒸发与凝集现象

蒸发是指气溶胶粒子表面发生的气化现象，其反过程则是凝集现象。蒸发现象的出现是由于同一时间内微粒（液滴）表面逸出的分子数多于进入的分子数所致。

凝集是由于同一时间内微粒（液滴）表面进入的分子多于逸出的分子数所致，液滴在给定的饱和度值的条件下，凝集增长的最小微粒直径定义为液滴的临界直径。小于临界值径的微粒将蒸发，其蒸发的质量将提供给较大微粒进行增长。

2．粘附现象

沉积在固体表面上的气溶胶微粒，通常借粘附力的作用附着在接触点上，粘附力的产生与粒子及其固体表面性质、界面的几何形状、质量、密度以及凝集的气体成份有关，直径为1μm-103μm的微粒，其粘附力为10-8-10-4N以上。

在实际气溶胶体系中，粘附力往往是由于凝集水蒸汽在界面处的毛细作用产生的，但当微粒直径小于20μm时，相对湿度对粘附力的影响则很小。

3．粒子的带电现象

气溶胶粒子带静电荷，是由于其本身电子的过剩或不足，或是粘附于其表面上的离子极性所致。大多数微粒上的电荷是自然获得的，如在其它物体接触或分离所发生的电子迁移，自由离子扩散、吸附等。

微粒带上静电荷时，会使粘附力增强，带相反电荷的微粒碰并和凝并会影响其沉降速度。如果气溶胶中带异性电荷的微粒不均等，则微粒就会弥散，气溶胶的体积就会随时间增长而扩大。

气溶胶粒子的界面现象尤其是粘附现象会造成气溶胶粒子在设备表面积聚，不易清除，另外由于粒子物化性能的不同，有可能会对设备造成二次损害。

五、气溶胶的光学性质

有关气溶胶的光学性质，人们研究的比较多，但本部分仅就气溶胶对光的消减机理进行探讨。

当一束光通过气溶胶时，即产生衰减作用。气溶胶对光的这一作用是烟雾气溶胶消光特性的主要内容。

光在气溶胶传输时被衰减，这是气溶胶微粒对光产生的吸收和散射的共同结果，其二者的机理不同。

1．气溶胶对光的吸收衰减机理

光在气溶胶中传输吸收衰减的过程是气溶胶将入射光能转化成为其它形式内能（如热能）的一个过程。

由量子理论可知，构成气溶胶的物质分子运动能量是量子化的。分子运动具有的能量包括着分子整体的转动能量Er、各原子在平衡位置上振动能量Ev和原子中电子相对于原子核的运动能量Ee。分子的每一运动状态都具有一定能量，或者说属于一定的能级。当光（即电磁辐射）与气溶胶物质分子相互作用时，如果其能量（E=hγ）与分子的Er或Ev、Ee的能级的能量差值相当，则分子产生相应的能级跃迁，分子就吸收或发射一定频率的电磁辐射。这种由于入射辐射引起气溶胶物质分子能量的转变，只有在玻尔频率条件 ΔE=ΔEe+ΔEv+ΔEr=hγ 得到满足时才能发生。而且，当分子从低能态被激发到高能态时，它表现为吸收；从高能态跳回到低能态时，呈现出辐射。

由此说明，光在气溶胶中传输的吸收衰减过程，是光与气溶胶物质分子相互作用，使分子能级从低能态跃迁到高能态而表现出的吸收作用。这种吸收是具有选择性的，其光谱是不连续的，不同的分子吸收的波长和吸收能力是不同的。吸收衰减在本质上是使分子的内能状态发生了变化。

从电子论的观点看，光在气溶胶中传输被吸收，是由于光波的电矢量使气溶胶物质结构中的作谐振的原子和分子获得能量而作受迫振动，当受迫振动的原子或分子与其它原子或分子发生碰撞时，振动能量即转变成平动动能，此时分子热运动加剧，即该部分光能被转化成热能而消失。

光被气溶胶吸收衰减系数可以由朗伯（Lambert）公式求得：

I=I0-kcl

式中：I0——进入到气溶胶中的光的强度；

I——从气溶胶内射出的光的强度；

K——气溶胶的吸收系数；

C——气溶胶的质量浓度；

l——气溶胶吸收层厚度；

e——自然对数的底数。

2．散射衰减机理

光在气溶胶中传输散射衰减过程，是气溶胶微粒截获入射辐射能量形成次生波，再向四击辐射，从而使入射光在原传播方向上能量减少的一个过程。

光作为一种电磁波，当进入到气溶胶中时，入射辐射能量一部分将被气溶胶微粒截获。微粒截获能量后即构成次生（二次）的波源，产生次生电磁波，再向外副射出去，这就使得入射辐射在原传播方向上的能量减少。假设气溶胶微粒是一个均质微球，它对入射光I0的散射衰减可示意如图3-2。

微观的角度来说，次生电磁波的产生是截获能量后的微粒内原子、分子被入射辐射电磁场诱导极化形成偶极子，该偶极子随入射电磁振荡而作同一频率的受迫振动，构成了次生波源，产生出次生波。由多个原子、分子构成的微粒内总存在着很多这样振动的偶极子，它们所产生出的次生波不仅频率与入射光一致，而且彼此之间亦存在固定相位，会形成相干光。但由于气溶胶是非均质体系，微粒数密度（或浓度）因布朗运动而改变，故次生波的相干性被破坏，因此多个振动的偶极子所产生的次生波会在微粒周围叠加，尔后向其周围空间散布开，这样就产生了散射作用。

必须指出，次生波是微粒内原子、分子因偶极化于辐射电磁场作用下才产生的，光只是通过次生波的产生和副射使其在原传播方向上能量减少，而入射辐射总能量并未发生变化。这与吸收衰减发生内能状态变化是有本质不同的。

气溶胶作为灭火剂使用时其光学性质中最主要的就是消光机理，这是解释气溶胶能见度较其它灭火剂差的主要原因。