Учет перекрытия поверхностных слоев в теории нуклеации на заряженных частицах

• Автор: Подгузова, Татьяна Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава 1. Термодинамика тонкой жидкой пленки вокруг равномерно заряженной частицы... 20 § 1.1. Условия механического и химического равновесия тонкой жидкой пленки в
центральном электрическом поле
§ 1.2. Различные аппроксимации расклинивающего давления
§ 1.3. Пороговые значения давления насыщенного пара для различных моделей изотерм
расклинивающего давления
§ 1.4. Активационный барьер нуклеации на равномерно заряженных частицах
Глава 2. Общие соотношения термодинамики тонкой жидкой пленки произвольной осесимметричной формы на сферической частице с локализованным зарядом вблизи
поверхности
§ 2.1. Постановка задачи и вывод нелинейного дифференциального уравнения для профиля пленки конденсата, формирующейся иод действие нецентрального поля
электрического заряда частицы
§ 2.2. Химический потенциал конденсата молекул несферической капли и работа
образования такой капли
Глава 3. Соотношения термодинамики тонкой жидкой пленки на сферической частице с адсорбированным или абсорбированным ионом при малых отклонениях формы пленки от
сферичности
§ 3.1. Решение линеаризованной задачи о распределении электрического потенциала
§ 3.2. Выражения для химического потенциала конденсата, профиля и работы образования
капли в условиях малого отклонения от сферичности формы капли
§ 3.3. Исследование влияния на профиль пленки, химический потенциал молекул конденсата в пленке и активационный барьер нуклеации различных параметров системы
Заключение
Список литературы

Введение
Формирование аэрозолей - жидких пленок конденсата на заряженных нерастворимых твердых частицах - широко распространенное в природе и технике явление. Данные аэрозоли оказывают существенное влияние на многие нуклеационные и конденсационные процессы, происходящие в атмосфере, на распространение и рассеяние электромагнитного излучения, что важно для радиационного баланса атмосферы Земли. Твердые частицы, на которых происходит конденсация пара при фазовом переходе первого рода (будем называть их также ядрами конденсации), различаются по своей нуклеационной активности, то есть по способности инициировать интенсивное образование зародышей новой фазы в виде капель. Термодинамически можно характеризовать нуклеационную активность ядер конденсации через величины критических значений химического потенциала и пересыщения вещества метастабильной фазы, при которых начинается интенсивный процесс гетерогенной нуклеации на таких ядрах. Чем ниже критические значения по сравнению с соответствующими значениями для гомогенной нуклеации, тем выше нуклеационная активность ядер конденсации. Критические значения пересыщения метастабильной фазы при гетерогенной нуклеации, как правило, близки к пороговому значению, определяющему начало безбарьерной нуклеации (т.е., определяющему порог неустойчивости системы относительно гетерогенной нуклеации). Таким образом, нахождение порогового значения пересыщения метастабильной фазы для нуклеации на ядрах конденсации

заданного типа дает ответ на вопрос и о нуклеационной активности этих ядер. Рассматривая ядра полностью или частично смачиваемые в отсутствие электрического заряда, будем иметь в виду ядра с однородной поверхностью. При наличии электрического заряда частично смачиваемые и даже гидрофобные ядра конденсации становятся эффективными центрами нуклеации, но их нуклеационная активность будет, конечно, ниже, чем для ядер со смачиваемой поверхностью.
Описание стадии образования и роста жидкой пленки на малых твердых частицах само по себе является фундаментальной проблемой физики фазовых переходов первого рода и межфазных явлений, и исследования в этой области продолжаются уже на протяжении многих лет. Обычно при описании явления формирования жидкой пленки на заряженном ядре конденсации предполагается, что электрический заряд равномерно распределен по поверхности или находится в центре ядра. Именно в рамках такого рассмотрения были получены классические результаты для нуклеации. Существует два основных подхода к термодинамике нуклеации заряженных частиц, имеющей более чем вековую историю. Первый был предложен Дж.Дж. Томсоном, второй - М. Фольмером и Н. Флетчером. Дж.Дж. Томсон [1,2] исследовал ион-индуцированную нуклеацию и, соответственно, рассматривал нуклеацию на заряженной частице как процесс формирования сферической жидкой капли в сферически-симметричном электрическом поле частицы, концентрической с каплей. Фольмер [3] и, позже, Флетчер [4] разработали

кривые не описывают поведение расклинивающего давления в области П<0. Изотерма расклинивающего давления в случае частичного смачивания имеет более сложный характер, и описать ее поведение с помощью одной экспоненты не удается.
При частичном смачивании изотерму расклинивающего давления,
соответствующую частичному смачиванию для плоской поверхности в отсутствие электрического заряда, можно аппроксимировать разностью двух экспонент[ 18-20]
n(h)=K]e"1'^+K2e~h/^ (1.24)
с противоположными знаками коэффициентов К, и К2. Соображения и
комментарии, касающиеся экспоненциальной изотермы (1.16) и выбора значения длины А, остаются справедливыми и в этом случае. Параметры К2 и Л2 - константы структурного притяжения, характеризующие гидрофобное взаимодействие с корреляционной длинной /L,.
§ 1.3. Пороговые значения давления насыщенного пара для
различных моделей изотерм расклинивающего давления
Теперь, зная возможные апроксимации для расклинивающего давления, можно продолжить детальное рассмотрение модифицированного уравнения Дж.Дж. Томсона. Исследуем правую часть уравнения (1.15) как функцию радиуса капли R. Продифференцируем правую часть (1.15) по R и приравняем получившееся выражение к нулю