Методы акустической микроскопии в исследовании микроструктуры и физико-химических свойств материалов

• Автор: Маев, Роман Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 388 с. : ил. + Прил. (82 c.: ил. )

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Основная цель диссертации

Научная новизна

Научно-практическая значимость работы

Апробация работы

Обьем и стуктура диссертации

Содержание работы

Глава 1. СКАНИРУЮЩАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

§1.1 Акустическая микроскопия как прямой метод изучения
механической структуры материалов
§1.2 Основы распространения акустических волн в конденсированных
средах
§1.3 Физические принципы сканирующей акустической микроскопии
§1.4 Принципы формирования акустических изображений и
количественные методы акустической микроскопии
§1.5 Методические возможности акустической микроскопии
Глава 2. СТРУКТУРА АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ЛИНЗОВОЙ СИСТЕМЕ
СКАНИРУЮЩЕГО АКУСТИЧЕСКОГО МИКРОСКОПА
§2.1 Расчет структуры фокальной области с учетом аберраций и
поглощения в среде
§2.2 Поле сферического фокусирующего преобразователя с
произвольным утлом раскрытия
§2.3 Анализ пространственной структуры акустических полей
сферическим фокусирующим преобразователем
§2.4 Экспериментальное исследование структуры фокальной области
трансмиссионного акустического микроскопа
§2.5 Формирование фокусированного пучка объемных акустических
волн плоской системой преобразователей
§2.6 О возможности использования волн Стоунли-Шолте для создания
акустической мироскопии на поверхностных волнах
§2.7 Выводы
Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА В ТРАНСМИССИОННОМ РАСТРОВОМ АКУСТИЧЕСКОМ МИКРОСКОПЕ.
§3.1 Постановка проблемы
§3.2 Формирование зависимости выходного сигнала трансмиссионного акустического микроскопа от локальных свойств плоскопараллельных
объектов. Общие представления
§3.3 Общее выражение для выходного сигнала трансмиссионного акустического микроскопа
§3.4 Формирование А(г)-зависимостей для объектов с малым модулем
сдвига
§3.5 Выводы
Глава 4. АКУСТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ И НЕЛИНЕЙНЫЕ
АКУСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
§4.1 Возможности применения методов нелинейной акустики для исследования микроструктуры материалов
4.1.1. Схемы экспериментальных исследований
4.1.2. Визуализация методами нелинейной акустики
4.1.3. Параметрическое представление акустической нелинейности .... 132 §4.2 Особенности нелинейных акустических эффектов в фокальной
области акустического микроскопа
§4.3 Температурные эффекты в фокальной области акустического
микроскопа
§4.4 Эффекты радиационного давления на объекты, исследуемые в
акустическом микроскопе
§4.5 Теория взаимодействия модулированного фокусированного ультразвука с микрообъектами
4.5.1 Оболочечная модель клетки
4.5.2 Взаимодействие клетки с высокочастотным полем в рамках
оболочечной модели. Выражение для радиационной силы
4.5.3 Колебания микрообъекга под действием нелинейной силы
§4.6 Выводы
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ВЯЗКО-УПРУГИХ СВОЙСТВ И МИКРОСТРУКТУРЫ МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И КОМПОЗИТОВ
МЕТОДАМИ АКУСТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ
§5.1 Изучение вязко-упругих свойств модельных коллагеновых систем
акустомикроскопическими методами. Экспериментальная установка
§5.2 Исследование микроструктуры многослойных фоторегистрирующих слоев методами сканирующей акустической
микроскопии
§5.3 Изучение особенности микроструктуры сверхпроводящих
материалов методами сканирующей акустической микроскопии
§5.4 Применение акустической микроскопии для исследования
многослойных композитов, армированных волокнами стеклографита
§5.5 Выводы
Глава 6. СКАНИРУЮЩАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ
ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
§6.1 Акустические методы исследования полимеров
§6.2 Методы исследования и визуализации дисперсной фазы в
полимерных смесях
§6.3 Объекты исследования
§6.4 Основные требования к образцам полимерных смесей и методы их
исследования в акустическом микроскопе
§6.5 Исследование механизмов акустического контраста в полимерах..
§6.6 Получение акустических изображений объемного распределения
фаз в полимерных смесевых материалах
§6.7 Исследование структуры и однородности распределения одного вещества в другом. Мера однородности

Коэффициент поглощения пропорционален вязкости и растет пропорционально квадрату звуковой частоты v: а ~ v2 [Исакович, 1973; Красильников, Крылов, 1984; Ландау, Лифшиц, 1987; Лепендин, 1978; Шутилов, 1980]. В рамках подобных представлений дисперсия скорости звука возникает в области очень высоких частот, где представление о непрерывности среды становится неправомерным и сказывается дискретный характер ее структуры [Такер, Рэмптон, 1975].
Однако в самых различных материалах наблюдается частотная дисперсия звука и отклонение от квадратичной частотной зависимости коэффициента поглощения, обусловленное зависимостью эффективной вязкости среды от частоты [Исакович, 1973; Клеменс, 1968; Красильников, Крылов, 1984; Ландау, Лифшиц, 1987; Лепендин, 1978; Либерман, 1969; Литовиц, Дэвис, 1968; Лэмб, 1968; Михайлов и др., 1964; Терстон, 1966; Труэлл и др., 1972; Шутилов, 1980; Auld, 1973]. Частотная дисперсия скорости звука и коэффициента вязкости связана с наличием в среде двух типов процессов: резонансного возбуждения звуковой волной внутренних степеней свободы системы и процессов акустической релаксации [Исакович, 1973; Красильников, Крылов, 1984; Лепендин, 1978; Литовиц, Дэвис, 1968; Лэмб, 1968; Михайлов и др., 1964; Шутилов, 1980]. Процессы резонансного возбуждения типичны для гетерогенной среды (колебания отдельных кристаллитов в поликристаллах [Пападакис, 1970] или микропузырьков воздуха в жидкости), хотя возможны и в однородной среде, например, возбуждение дислокацией в кристаллах [Гранато, Люкас, 1969; Красильников, Крылов, 1984]. Акустическая релаксация представляет собой процесс установления локального равновесия в среде, возмущенной звуковой волной [Исакович, 1973; Красильников, Крылов, 1984; Лепендин, 1978; Литовиц, Дэвис, 1968; Лэмб, 1968; Михайлов и др., 1964; Шутилов, 1980]. Если время установления ее равновесного значения t много больше периода волны: vr» 1, то изменениями этой величины в присутствии звуковой волны можно пренебречь, т.е. соответствующие внутренние степени свободы по отношению к акустической волне оказываются «замороженными».
Если же период звуковых колебаний сравним со временем релаксации или больше его, т.е. vt< 1, то рассматриваемая величина изменяется со звуковой частотой за счет процессов установления ее мгновенного