IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Нелинейно-оптические свойства наноматериалов основаны на различных механизмах светоиндуцированной модуляции оптических констант среды [1]. Внаносуспензиях (наножидкостях) существуют специфические механизмы оптической нелинейности, основанные на процессах светоиндуцированного массопереноса [2-4]. К последним, в частности, относятся термодиффузия [5] и электрострикция [6]. В большинстве работ исследование данных нелинейностей проводилось без учета конвекционных явлений [4-7]. Однако существенная роль конвекции продемонстрирована в работе [9].

В данной работе рассмотрены основные явления, к которым приводит наличие конвекции при светоиндуцированном массопереносе.

В работе [9] экспериментально и теоретически исследовано влияние конвекции на процесс светоиндуцированной термодиффузии наночастиц (молекул ДНК). Для трехмерного моделирования термодиффузии без конвекции использовалось балансное уравнение. Результат показан на рисунке 1. В более толстых кюветах увеличивается скорость конвекции, что может даже превратить термофоретическое истощение в накопление. В расчетах был фиксирован нагрев кюветы (на 1.25 K выше окружающей температуры) и изменялась толщина кюветы. Для толщин кюветы 10, 20 и 50 мкм получены значения для максимальной конвекционной скорости 0.055, 0.22 и 1.5 мкм/с. Показаны два сценария: быстро диффундирующая ДНК длиной приблизительно 50 пар оснований с D=34´10^-12 м²×с^-1 (рис.1, слева) и медленно диффундирующая ДНК (приблизительно 50.000 оснований- D=1´10^-12 м²×с^-1 (рис.1, справа). Для обоих принят одинаковый коэффициент термодиффузии =0.4´10^-12 м²×с^-1. Для кюветы в 50 мкм мы видим увеличение концентрации (c=1.1c₀) на нижней стенке кюветы.

Однако в работе [8] показано, что световое давление может быть сравнимо с термодиффузионным вкладом в формирование концентрационного потока. Во-вторых, в работе [9] не учитывалось влияние градиентных электрострикционных сил, которые также приводят к эффекту накопления [8]. Причем влияние последних растет с увеличением размера микрочастиц гораздо быстрее, чем термодиффузионный вклад [8].

Таким образом, корректное описание экспериментов по светоиндуцированному массопереносу требует учета электрострикционных сил.

Рис. 1. Влияние конвекции - от истощения (темная область) до накопления концентрации наночастиц конвекцией в толстых кюветах (теория) [9].

Описанные результаты актуальны для оптической диагностики дисперсных жидкофазных сред [7-9], а также для нелинейной оптики таких сред [10]).

Библиографический список:

1. Иванов В.И. Нанодисперсные среды для динамической голографии / В.И. Иванов,Г.Д. Иванова, С.И. Кирюшина, А.В. Мяготин // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2015. – Т. – 58. –№ 11-3. – С. 153-156.

2. Иванов В.И. Оптическая диагностика полимерных наночастиц / В.И. Иванов, Г.Д. Иванова, В.К. Хе // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-6. – С. 1085-1088.

3. Иванов В.И. Перспективные среды для динамической голографии / В.И. Иванов, Ю.М. Карпец // Вестник ДВО РАН.- 2003.-№1. - С. 93-97.

4. Иванов В.И. Термодиффузионный механизм записи амплитудных динамических голограмм в двухкомпонентной среде/В.И. Иванов, К.Н. Окишев//Письма в "Журнал технической физики".-2006. -Т. 32. -№ 22. -С. 22-25.

5. Иванов В.И. Эффект Дюфура в дисперсной жидкофазной среде в поле гауссова пучка / В.И. Иванов, А.И. Ливашвили // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов, межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В. М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2013. – Вып.5. - С. 116-119.

6. Иванов, В.И. Термоиндуцированное самовоздействие гауссова пучка излучения в жидкой дисперсной среде/В.И. Иванов, А.А Кузин, А.И. Ливашвили//Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. -2010. -Том 5. -№ 1. -С. 5-8.

7. Иванова Г.Д. Нелинейная линза в дисперсной среде / Г.Д. Иванова, С.И. Кирюшина, А.В. Мяготин // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-1.-С.1779; URL: www.science-education.ru/121-19194.

8. Крылов В.И. Метод светоиндуцированной псевдо-призмы в наножидкости / В.И. Крылов, Г.Д. Иванова, В.К. Хе // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов, межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В. М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2015. – Вып. 7. – С. 329-332.

9. Duhr S. Thermophoresis of DNA determined by microfluidic fluorescence / S. Duhr, S. Arduini, D. Braun // Eur. Phys. J. -2004.-E 15.-P.277-286.

10. Ivanov V. I., Ivanova G.D., Khe V. K. Thermal lens response in the two-component liquid layer//Proc. SPIE, 968042. -2015. -November 19; DOI: 10.1117/12.2205722

Код для цитирования: Скопировать