Взаимодействие капель и малых объектов с поверхностными акустическими волнами

• Автор: Бегарь, Анна Вадимовна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
§ 1. ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН С МАЛЫМИ ОБЪЕМАМИ ЖИДКОСТИ
1 АКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙ
2 АКУСТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ КАПЕЛЬ
3 АКУСТИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ В КАПЛЯХ
4 УЛЬТРАЗВУКОВОЕ РАСПЫЛЕНИЕ КАПЕЛЬ 25 § 2. МЕХАНИЗМЫ ВОЛНОВОГО И КОЛЕБАТЕЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА МАТЕРИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
/ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ КАПЕЛЬ
2 ПЕРЕМЕЩЕНИЕ СЫПУЧИХ ТЕЛ И ТВЕРДЫХ ПРЕДМЕТОВ
3 ТРАНСПОРТ В ПОЛЕ «БЕГУЩИХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛН»
4 МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МОТОРЫ
§ 3. КОЛЕБАНИЯ ТЕЛ СФЕРИЧЕСКОЙ И СФЕРОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ
1 КОЛЕБАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КАПЕЛЬ И ПУЗЫРЬКОВ
2 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОЛНЫ В ТЕЛАХ ВРА ЩЕНИЯ
3 ТОЛЩИННЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАНСЫ КАПЛИ НА ПОДЛОЖКЕ 3
§ 4. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО АНАЛИЗУ ЛИТЕРАТУРЫ
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАПЕЛЬ С ПОВЕРХНОСТНЫМИ АКУСТИЧЕСКИМИ ВОЛНАМИ В ПЬЕЗОКРИСТАЛЛАХ
§ 5. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И
МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
§ 6. НАБЛЮДЕНИЕ НАПРАВЛЕННОГО РАСТЕКАНИЯ КАПЕЛЬ И ВИХРЕВЫХ ТЕЧЕНИЙ В КАПЛЯХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ БЕГУЩИХ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
§ 7. ТЕОРИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ВОЛН РЭЛЕЯ ПОД СЛЕДОМ
РАСТЕКШЕЙСЯ КАПЛИ
§ 8. НАБЛЮДЕНИЕ И АНАЛИЗ ИСКАЖЕНИЯ ФОРМЫ КАПЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВСТРЕЧНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН

§ 9. НАБЛЮДЕНИЕ И АНАЛИЗ АВТОКОЛЕБАНИЙ В КАПЛЕ НА НАКЛОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПЬЕЗОКРИСТАЛЛА ПРИ
ВОЗДЕЙСТВИИ БЕГУЩИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ИМПУЛЬСНО-КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
ВОЛНОВОГО ТРАНСПОРТА
§ 10. МОДЕЛЬ ВОЛНОВОГО ТРАНСПОРТА МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ ...89 §11. ТОЧНОЕ И ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЯ В СЛУЧАЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ
§ 12. ТРАНСПОРТ ИМПУЛЬСАМИ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ С УЧЕТОМ
СОПРОТИВЛЕНИЯ СРЕДЫ
§ 13. ТРАНСПОРТ ПРИ ДВУХЧАСТОТНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ.
§ 14. АКУСТИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРО- И ДИЭЛЕКТРОФОРЕЗ..
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ЛОКАЛИЗОВАННЫЕ РЕЗОНАНСЫ В КАПЛЕ,
ЛЕЖАЩЕЙ НА ПОДЛОЖКЕ
§ 15. КРАЕВАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ КАПИЛЛЯРНЫХ КОЛЕБАНИЙ В
КАПЛЕ НА НЕСМАЧИВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ
§ 16. ТОЛЩИННЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАНСЫ В КАПЛЕ НА
ПОДЛОЖКЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

«Из всех услуг, которые могут быть оказаны науке, величайшая - введение в ее обиход новых идей...»
Джозеф Джон Томсон Английский физик, лауреат нобелевской премии 1906 г.
(Слово о науке. Афоризмы. Изречения. Литературные цитаты.
Сост. Е.С. Лихтенштейн. М.: Знание. 1976 г. С. 179.)
ВВЕДЕНИЕ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ И ЕГО АКТУАЛЬНОСТЬ
Устойчивой тенденцией в развитии многих естественных наук, таких как биология, химия, и физика, является изучение объектов все меньших и меньших размеров. На современном этапе эта тенденция проявляется в создании и развитии нанотехнологий и микроэлектромеханических систем, исследованию которых с каждым годом уделяется все большее внимание во всех развитых странах мира. Исключительно важную роль в этих исследованиях играют методы тонкого физического воздействия на материальные объекты. Актуальной и сложной научно-технической проблемой, связанной с использованием таких воздействий, является разработка и создание миниатюрных многофункциональных автоматизированных устройств, получивших название «лабораторий на чипах» или «программируемых биочипов» или кратко просто «биочипов» (здесь и далее эти термины используется как синонимы). Программируемые биочипы представляют собой обширный класс новых микроэлектронных устройств, предназначенных для проведения в автоматическом режиме и в масштабе реального времени быстрых химических и биологических анализов жидких растворов с очень малым объемом (порядка микро- и нанолитров), а также оперативного синтеза таких растворов.
В качестве движущей силы в программируемых биочипах используются как электрические/магнитные воздействия, так и

течение периода колебаний. Но это объяснение представляется неубедительным, в частности, из-за упомянутой локализации колебаний капли на листе кувшинки, где никакой модуляции температуры нет [136,138]. В работе [139] о капиллярных осцилляциях и устойчивости заряженной капли, вращающейся вокруг оси симметрии, приведено аналитическое решение, которое предсказывает формирование динамических выступов на экваториальной части поверхности слабо сплюснутой сфероидальной капли, но причина их появления не обсуждается.
Наряду с капиллярными колебаниями поверхности капель представляет интерес изучение собственных мод колебаний их антипода - пузырьков. Колебания пузырьков, также как и капель, является классической задачей не только акустики, но и физики в целом. В частности, одна из работ Рэлея была посвящена колебаниям сферически симметричного пузырька газа в жидкости. Полученное им дисперсионное уравнение для идеальной системы в дальнейшем усложнялось многими авторами, но строгих аналитических решений для таких случаев никто не получал [64,140,141]. Обращают на себя внимание работы в этом направлении по изучению распространения и локализации капиллярных волн на поверхности газового пузырька. В работах [142-145], в частности, приведены интересные результаты экспериментального наблюдения колебаний всплывшего к твердой поверхности воздушного пузырька. Пузырек размером 2,5 мм находился в водном растворе, и на него из жидкости по касательной падал горизонтально распространяющийся пучок акустических волн с частотой от 0,8 до 1,6 кГц. При этом наблюдалось возбуждение волн Фарадея, распространяющихся и локализованных вдоль экватора пузырька. Попытка теоретического объяснения экваториальной локализации возбуждаемых волн как чисто нелинейного эффекта была предпринята в работе [146]. Однако никаких экспериментальных фактов,