Abstract Heterogeneous condensation of water vapor on the aerosol particles is a very important phenomenon in natural and industrial processes such as the formation of cloud droplets, the measurement of aerosol number concentrations and particulate abatement. In the present work, a mixed surface is created, where the hydrophilic SiO2 particles are dispersed on the super-hydrophobic substrate. The direct visualization of the heterogeneous condensation process on a smooth spherical single particle is realized by adopting an Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM) system. The time-resolved images captured by ESEM show that only one embryo drop formed at a random position of the particle surface, and the single particle could be gradually contained with the formation of an embryo drop, the enlargement of the spherical-cap shaped drop and the spherical drop. A physical model of heterogeneous condensation is established, and in good agreement with Fletcher’s classical nucleation model. Meanwhile, the growth rate of a droplet is obtained experimentally based on the time-resolved images. Then the condensational growth of the droplet is numerically predicted by Kulmala’s equations and the numerical results agree well with the experimental data. The growth rate of a droplet decreases with the increase of the droplet size. Finally Lee’s condensation mechanisms and the concept of surface free energy are presented to explain the decrease of the growth rate of the droplet. Copyright © 2020 American Association for Aerosol Research

中文翻译：

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通过环境扫描电子显微镜 (ESEM) 观察到的非均相冷凝过程：在光滑的单个气溶胶粒子上

摘要 水蒸气在气溶胶颗粒上的非均相凝结是云滴形成、气溶胶数浓度测量和颗粒物消减等自然和工业过程中非常重要的现象。在目前的工作中，创建了一个混合表面，其中亲水性 SiO2 颗粒分散在超疏水性基材上。采用环境扫描电子显微镜 (ESEM) 系统实现了光滑球形单粒子上异质凝聚过程的直接可视化。ESEM捕获的时间分辨图像显示，在颗粒表面的随机位置仅形成一个胚滴，随着胚滴的形成，单个颗粒可以逐渐被包含，球帽状液滴和球形液滴的扩大。建立了非均相凝聚的物理模型，与弗莱彻的经典成核模型非常吻合。同时，液滴的生长速率是基于时间分辨图像通过实验获得的。然后通过库尔马拉方程对液滴的凝结生长进行了数值预测，数值结果与实验数据吻合良好。液滴的生长速率随着液滴尺寸的增加而降低。最后，Lee 的凝聚机制和表面自由能的概念被提出来解释液滴生长速率的降低。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 并且与 Fletcher 的经典成核模型非常吻合。同时，液滴的生长速率是基于时间分辨图像通过实验获得的。然后通过库尔马拉方程对液滴的凝结生长进行了数值预测，数值结果与实验数据吻合良好。液滴的生长速率随着液滴尺寸的增加而降低。最后，Lee 的凝聚机制和表面自由能的概念被提出来解释液滴生长速率的降低。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 并且与 Fletcher 的经典成核模型非常吻合。同时，液滴的生长速率是基于时间分辨图像通过实验获得的。然后通过库尔马拉方程对液滴的凝结生长进行了数值预测，数值结果与实验数据吻合良好。液滴的生长速率随着液滴尺寸的增加而降低。最后，Lee 的凝聚机制和表面自由能的概念被提出来解释液滴生长速率的降低。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 然后通过库尔马拉方程对液滴的凝结生长进行了数值预测，数值结果与实验数据吻合良好。液滴的生长速率随着液滴尺寸的增加而降低。最后，Lee 的凝聚机制和表面自由能的概念被提出来解释液滴生长速率的降低。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 然后通过库尔马拉方程对液滴的凝结生长进行了数值预测，数值结果与实验数据吻合良好。液滴的生长速率随着液滴尺寸的增加而降低。最后，Lee 的凝聚机制和表面自由能的概念被提出来解释液滴生长速率的降低。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会