Развитие методов морфологического анализа многократно рассеивающих дисперсных систем с использованием принципов диффузионно-волновой спектроскопии

• Автор: Исаева, Анна Андреевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА I. Диффузионно-волновая спектроскопия случайно-неоднородных сред: физические принципы, инструментальная реализация,
приложения
Краткие выводы
ГЛАВА II. Многократное динамическое рассеяние лазерного излучения в дисперсных системах с разделяющимися фазами и ДВС мониторинг формирования структуры композитных материалов «диспергирующий полимер - жидкий кристалл»
2.1. Процесс формирования структуры ДПЖК композитов
2.2. Экспериментальная методика анализа процесса формирования структуры
ДПЖК композитов с использованием метода диффузионно-волновой спектроскопии
2.3. Интерпретация полученных результатов с использованием разработанной модели динамического рассеяния света системой растущих сферических частиц
2.4. Краткие выводы
ГЛАВА III. Спекл-коррелометрия многократно рассеивающих сред с
локализованным источником излучения и пространственной фильтрацией рассеянного излучения
3.1. Влияние граничных условий и конечных размеров источника на распределение оптических путей парциальных составляющих рассеянного светового поля
3.2. Оценка транспортного коэффициента рассеяния на основе спекл -коррелометрии с использованием локализованного источника излучения и пространственной фильтрации рассеянного света
3.3. Модели динамического рассеяния света случайно-неоднородными
средами с различной динамикой и структурой
3.4. Краткие выводы
Заключение
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время методы зондирования нестационарных случайнонеоднородных сред с использованием эффекта многократного динамического рассеяния света широко применяются в фундаментальных и прикладных исследованиях в различных областях современной науки и техники. В научно-технической литературе используются различные наименования для диагностических подходов, использующих в своей основе корреляционный или спектральный анализ флуктуаций интенсивности когерентного излучения, рассеянного ансамблями подвижных рассеивателей в зондируемой среде: диффузионно-волновая спектроскопия (ДВС), фотон-корреляционная спектроскопия, спектроскопия флуктуаций интенсивности, спектроскопия оптического смешения, спекл-коррелометрия и др. Впервые возможность исследования динамики частиц в коллоидных суспензиях на основе корреляционного анализа флуктуаций интенсивности рассеянного лазерного излучения обсуждалась в работах Берне и Пекора в середине семидесятых годов прошлого века. Начиная с конца 80-х годов прошлого века метод диффузионно-волновой спектроскопии (данный термин впервые введен в 1988 году Д. Пейном с сотрудниками, опубликовавшими в Physical Review Letters одну из ключевых работ по данному направлению) стал широко применяться в физике, химии, биологии, материаловедении и других фундаментальных и прикладных научных направлениях для анализа дисперсных систем со сложной динамикой и структурой.
С использованием ДВС технологий были установлены фундаментальные закономерности, контролирующие поведение таких сложных систем и объектов, как пеноподобные материалы, кристаллизующиеся жидкости, коллоидные системы в процессе агрегации, потоки сыпучих сред. Следует особо отметить успешные применения метода диффузионно-волновой спектроскопии в биомедицине в последние два десятилетия, связанные с мониторингом и визуализацией микрогемодинамики и потоков других тканевых жидкостей в поверхностных слоях нормальных и патологических
ДВС позволяет определить коллективное средневзвешенное значение вектора рассеяния для всего ансамбля движущихся частиц, этот метод весьма чувствителен к среднему квадрату смещения отдельной частицы, если радиус частицы достаточно большой. Предполагая, что смещение частицы Дг « Я, и допуская отклонение распределения смещений частиц от гауссовой статистики, оценку вклада отдельного акта рассеяния в автокорреляционную функцию можно выполнить на основе кумулянтного разложения. Так, в работе [162] был определен предел области смещения для монодисперсной водной суспензии полистироловых латексных частиц (диаметром от 1.53 до 3.09 мкм), к которой наиболее чувствительна ДВС, она оказалась равной Дг~0ч-1Д. Влияние гидродинамического взаимодействия отразилось на коэффициенте самодиффузии частиц монодисперсной суспензии, определяемого как 05 (т) = (Аг2 (т))/6т. Для различных объёмных долей наблюдался масштабный эффект и обратно пропорциональная связь для зависимостей коэффициента самодиффузии от вязкости. Как показали ДВС эксперименты [164-166], влияние гидродинамического взаимодействия частиц на коэффициент диффузии наиболее существенно для сред, состоящих из частиц малых размеров, но с большими объёмными долями, и совершенно незначительно для частиц размеры которых 0 « 1мкм. Было установлено, что переход от баллистического к диффузионному режиму сопровождается медленным спадом автокорреляционной функции по закону вида д1(т)~т-3/2 и образованием «хвоста» на больших временных масштабах.
Было проведено сравнение экспериментально полученных зависимостей
автокорреляционных функций поля для броуновского движения частиц и
движения частиц в потоке Куэтта с однородным градиентом скорости (рис. 1.5)
[163]. Регистрация многократно рассеянного излучения производилась в
режиме обратного рассеяния для различных градиентов скоростей движения
частиц диоксида титана в водной суспензии (средним диаметр частиц был
равен 0.284 мкм). Анализ полученных корреляционных функций для течения
Куэтта и течения Пуазейля с неоднородным градиентом скорости доказал