|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Исследование физико-химических свойств поверхности жидкости с помощью динамического рассеяния светадипломная работа (Магистр)
- Научный руководитель: Хахалин А.В.
- Автор: Хамидуллина Роза Фаритовна
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет
- Год защиты: 2015
- Аннотация: Исследование границы раздела сред имеет важнейшее значение как для фундаментальной, так и для прикладной науки. Особенностью этой области науки является то, что, несмотря на огромную практическую значимость темы, существования большого числа эмпирических соотношений, инженерных формул, практических рекомендаций, фундаментальные основы по-прежнему остаются не до конца разработанными. Сложность описания таких систем состоит, прежде всего, в непростом характере структур на границе раздела сред, появления заряженных слоев и слоев с измененной энергией. Если в рамках однородной системы можно говорить об изотропном приближении для межмолекулярных взаимодействий, то на границе раздела именно анизотропия взаимодействий и приводит к наблюдаемым эффектам. Кроме того, проблема состоит в появлении достаточно тонкого слоя со сложной структурой и свойствами, отличающимися от свойств в объеме среды, которые невозможно изучать иначе, как в самом этом слое. Однако все трудности изучения поверхности раздела сред не могут остановить попытки исследований, потому что, с одной стороны, возникают фундаментальные проблемы взаимодействий на межфазной границе, а с другой – возникает огромное количество прикладных задач от микро- и нанофлюидики до выработки технологий приготовления бетонного раствора, увеличения прочности пластиковых конструкций за счет изменения технологий их затвердевания, выработки новых технологий окраски поверхностей, повышение качества фармацевтической продукции. Эти задачи встают как перед физиками, так и перед механиками, химиками, биологами, медиками, почвоведами, где эти проблемы также играют важнейшую роль. С проявлениями особого характера взаимодействий мы сталкиваемся очень часто. Более того, очень часто мы видим именно границу раздела сред, однако более подробный анализ этой границы оказывается затруднен. Развитие экспериментальных методов и возможностей компьютерного моделирования позволяет перевести исследования на новый уровень. Из всего широкого круга задач, связанных с исследованиями свойств границ двух сред в работе рассматривается только один вариант границы раздела (жидкость-газ) и только одно явление, связанное с наличием такой границы - это распространение гравитационно-капиллярных волн. В работе используется один из вариантов метода динамического рассеяния света, который позволяет исследовать дисперсионные характеристики таких волн, то есть зависимость частоты и коэффициента поглощения от длины волнового вектора. Для проведения экспериментальной части работы используется новая установка PHOTOCOR-FC и основной задачей дипломной работы было изучение возможностей этой установки, а также выработка рекомендаций по ее модернизации. Например, прямое получение информации, возможное только с помощью спектрометра динамического рассеяния света, подробная температурная зависимость поверхностного натяжения и коэффициента сдвиговой вязкости на межфазных границах раздела в двойных жидких расслаивающихся системах вблизи критической температуры позволяет получить сведения о термодинамических и кинетических свойствах этих систем, также ответить на открытые вопросы в теории фазовых переходов и неравновесных процессов. Изучение причин имеющихся различий и систематическое использование поверхностных явлений в практике привели к появлению новых направлений в науке и технике, таких как химия и физика поверхности, коллоидная химия, химия сорбентов, теория и технология адгезионных процессов и тд. В первой главе настоящей дипломной работы рассмотрен обзор литературы, относящийся только к двум достаточно узким темам- это гравитационно-капиллярные волны (причем в работе рассматриваются, в основном, капиллярные волны) и метод динамического рассеяния света в применении к рассматриваемым проблемам. В этой же главе будут рассмотрены трудности учета влияния примесей на процесс распространения капиллярных волн. Во второй главе будут рассмотрены основные принципы метода, используемого в работе – особенности взаимодействия лучей, гетеродинирование, получение сигнала, содержащего информацию о капиллярной волне. В третьей главе работы рассмотрены основные результаты, связанные с тестированием установки для различных жидкостей, как близких по своим физико-химическим свойствам (бутанол и изопропиловый спирт), так и достаточно сильно отличающимся друг от друга по вязкости (этанол, гептан). Все эти жидкости отличаются достаточно малым коэффициентом поверхностного натяжения и роль примесей в этом случае оказывается невелика. Особое место в списке жидкостей занимает вода. Из-за большого коэффициента поверхностного натяжения свойства поверхности воды легко изменить с помощью добавления даже незначительного количества примесей. Именно поэтому даже дистиллированная вода демонстрирует существенные отличия результатов от предсказаний классической теории и только использование деионизированной воды позволяет получить соответствие с традиционной теорией.
- Добавил в систему: Хахалин Андрей Владимирович