飞机尾气中发现洋葱状纳米粒子

来自国家环境研究所（日本）、苏黎世应用科学大学（瑞士）、东京都立大学（日本）和其他机构的一个研究小组对飞机发动机进行了排放测试，并用高分辨率透射电子显微镜检查了排气颗粒的形状和内部结构。

除了飞机发动机排气中众所周知的烟尘外，研究小组还发现了新的洋葱状（多个同心球形晶体分层）颗粒和无定形（非晶体）颗粒。排气颗粒通常非常小（直径约为10-20nm），是单个球形颗粒。

尽管洋葱状颗粒的详细物理化学性质目前尚不清楚，但它们在大气和体内的行为可能与其他颗粒不同。因此，需要进一步的研究来评估它们对气候和健康的潜在影响。

该研究论文发表在ACS ES&；T空气。

飞机从地面到对流层上部向大气中发射纳米粒子（直径<；50 nm）。欧洲、美国和日本的研究报告称，机场内外的颗粒物浓度很高，对人类健康的影响引起了全世界的关注。

飞机尾气颗粒产生的尾迹对大气的加热效应也是已知的，目前正在进行研究以评估其对气候的潜在影响。

民航中常用的涡扇喷气发动机的颗粒物排放通常以挥发性颗粒物（硫酸盐或有机物）为主，而非非非挥发性颗粒（主要是烟尘）。然而，挥发性颗粒的排放和形成机制尚不清楚。

研究小组研究了飞机尾气纳米粒子（挥发性和非挥发性）的物理化学性质，以获取挥发性粒子的排放和形成机制的信息。

研究人员在瑞士苏黎世机场的一个测试设施测量了发动机出口和商用涡扇喷气发动机下游15米处排气颗粒的形态和内部（微观物理）结构。通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）使用薄膜上收集的块状颗粒样品观察了颗粒的形态和内部结构。

观察到四种具有不同内部结构的飞机发动机排气颗粒。类型（a）代表具有散射层状石墨烯状结构的乱层颗粒，被认为是烟尘（非挥发性颗粒）的典型代表。

类型（b）由具有部分石墨状结构的洋葱状颗粒组成，这些颗粒是有序的石墨烯状球形多层。（c）型颗粒是无定形（非晶态），（d）型是痕量无定形颗粒（图像薄且非晶态）。

在这项研究之前，在燃烧废气或大气中没有发现洋葱状颗粒。尽管对飞机排放的具有涡轮层状结构的石墨烟尘进行了多年的研究，但本研究首次发现了其他三种类型的颗粒。

涡轮分层（烟尘）颗粒的分数在发动机出口处很高，在下游15米处低于1%。在下游15米处，剩余的部分主要由洋葱状、无定形和微量无定形颗粒组成。这三种类型的粒子大多是单一的（非团聚的球形粒子，直径为10-20nm。

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进一步的分析表明，这三种颗粒是通过发动机下游的成核和冷凝形成的挥发性颗粒，主要由润滑油中的有机化合物组成。

这些独特的内部结构可能会影响颗粒的物理化学性质，包括挥发性、表面反应性和溶解度，并可能影响颗粒与人体呼吸道的相互作用。

研究小组发现，除了烟尘颗粒外，飞机还会排放洋葱状、无定形和痕量的无定形颗粒。然而，关于洋葱状颗粒的物理化学特性、来源和形成机制，以及它们在性质上是否与烟尘或油雾等挥发性有机颗粒相似，仍存在许多问题。

洋葱状颗粒在大气和体内的动力学可能与其他颗粒不同；因此，需要进一步的研究来了解它们对气候和健康的影响。

在纳米材料领域，洋葱状颗粒是通过向烟尘施加高能等方法合成的。飞机发动机中洋葱状颗粒的形成机制在科学上很有趣，在材料和其他领域具有潜在的意义。p