Фазовые переходы в плёнках связанной влаги в многокомпонентных дисперсных средах природного и искусственного происхождения

• Автор: Ешевский, Олег Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 189 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Введение

1Л. Многокомпонентные дисперсные системы естественного

(природного) и искусственного происхождения

1.2. Вода в дисперсных системах

1.3. Фазовая диаграмма воды. Лед и его модификации

1.4. Фазовые переходы: общие положения

1.5. Исследование диэлектрических характеристик дисперсных систем

1.6. Калориметрические исследования дисперсных систем
1.7. Сегнетоэлектрики, их свойства и возможность существования
в дисперсных системах
Выводы и постановка задачи
ГЛАВА II. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Введение
2.1. Цели и особенности лабораторных измерений диэлектрических свойств дисперсных систем в СВЧ диапазоне
2.2. Стенд для проведения измерений диэлектрической проницаемости ДС
2.2.1. Метод измерения диэлектрической проницаемости
2.2.2. Установка для измерений электрофизических характеристик дисперсных систем
2.3. Цели и особенности калориметрических измерений удельной теплоемкости и удельной теплоты фазовых
переходов дисперсных систем
2.4. Стенд для проведения калориметрических измерений (микрокалориметр)
2.5. Объекты исследований и подготовка их к измерениям
Заключение
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ВЛАЖНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД В СВЧ ДИАПАЗОНЕ
Введение
3.1. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств
влажного песка
3.2. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств ДС на
основе дробленого кварца

3.3. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств
содержащих влагу ДС на основе глины
Выводы
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ВЛАЖНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Введение
4.1. Экспериментальные исследования удельной теплоемкости и теплоты фазовых переходов в неорганических влагосодержащих ДС
4.2. Экспериментальные исследования удельной теплоемкости и теплоты фазовых переходов во влагосодержащих ДС органического происхождения
4.3. Обсуждение результатов микрокалориметрических исследований тепловых свойств природных неорганических и органических ДС
4.3.1. Анализ фазового и структурного состояния воды в исследуемых ДС
4.3.2. Анализ результатов исследований теплоемкости влажных неорганических и органических ДС в области предплавления.
4.3.3. Анализ температурных аномалий теплоемкости неорганических и органических ДС в области низких отрицательных температур
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В физике конденсированного состояния в последние годы все больший интерес вызывают исследования процессов в квазидвумерных системах, являющихся поверхностными аналогами известных объемных эффектов [1]. Данные исследования включают в себя изучение фазовых переходов (ФП) I и II рода и сопровождающих их различных аномалий вблизи точек ФП (изменение температурных зависимостей магнитной восприимчивости, диэлектрической проницаемости, удельной теплоемкости и др.). Ведутся работы по поиску поверхностных аналогов таких объемных эффектов, как ферро- и антиферромагнетизм, сегнетоэлектричество, сверхпроводимость и сверхтекучесть и т.д. [1].
Двумерные системы могут существовать не только в виде специально изготовленных тонких пленок, но также в виде частей некоторых макроскопических неупорядоченных структур естественного и искусственного происхождения. Подобным объектом являются, например, дисперсные среды (ДС), представляющие собой неоднородные смеси веществ, в которых можно выделить, по крайней мере, две различные фазы [2]. Двумерная система в этом случае представляет собой пленку твердого или жидкого вещества, покрывающую гранулы основного компонента ДС. Свойства ДС зависят от ее физико-механических характеристик (дисперсность, температура, влажность, структурный фактор и др.), определение которых является важной фундаментальной и практической задачей. При этом важное место принадлежит калориметрическим и радиофизическим методам исследования.
Изучение свойств ДС имеет важный практический аспект, т.к. дисперсными средами являются многие природные объекты (снег, почвы, минералы и т.д.), определение характеристик которых дистанционными методами является важной народнохозяйственной задачей. Дистанционное зондирование земной поверхности (мониторинг) большей частью и проводится радиофизическими методами, причем во многих случаях используется микроволновый (СВЧ) диапазон электромагнитного излучения [3, 4, 5].

структура связанной воды отличается от структуры льда, то ее кристаллизация возможна лишь тогда, когда она перестанет взаимодействовать с поверхностью гранул, т.е. станет свободной. Это происходит при снижении температуры системы поверхность-вода до такого значения, при котором наступает фазовое равновесие между льдом и наиболее удаленным от поверхности гранулы молекулярным слоем воды. Следовательно, перестройка структуры связанной воды в «льдоподобную» в каждом ее слое идет при температуре кристаллизации воды в данном слое. При этом структура воды в слоях, расположенных ближе к поверхности гранул радикальных изменений не испытывает, т.к. температура ее кристаллизации ниже. Этим обусловлен механизм послойной кристаллизации связанной воды: по мере снижения температуры в лед переходят сначала наиболее удаленные от твердой поверхности слои, а затем те, которые расположены ближе к поверхности [8, 13, 30, 87, 89-92 и
ДР-]-
Температура замерзания связанной воды - термин несколько неопределенный, т.к. температуры кристаллизации отдельных ее слоев лежат в широком диапазоне от нуля до -70...-80°С [30]. Таким образом, толщина пленки связанной воды на частицах ДС должна уменьшаться с понижением температуры, что подтверждается экспериментальными данными [8]. Здесь же отмечается, что измерение количества незамерзшей воды на ряде глинистых пород показало постоянство толщины ее слоя для всех объектов. Это подтвердило предположение об определенной универсальной кривой зависимости толщины незамерзшей пленки воды от температуры.
Описанные представления имеют смысл лишь для модели, в которой связанная вода является совокупностью многих мономолекулярных слоев. С другой стороны, если, как считается некоторыми авторами, таких слоев мало, указанный механизм образования льда уже не может реализоваться. Поэтому исследования процессов образования льда из связанной воды представляют значительный интерес. Свойства такого льда еще недостаточно изучены, хо-