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浓悬浮液中布朗运动颗粒扩散特性的研究

作　者: 李富石
导　师: 夏辉
学　校: 中南大学
专　业: 光学
关键词: 光散射扩散系数低相干动态光散射浓悬浮液测量有效介质理论 LabVIEW
分类号: O436.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前,对纳米颗粒的动态特性的研究是一个十分有意义的研究领域。以米氏散射理论为原理的动态光散射技术作为一种无接触、无损伤的光学检测方式,以其独特的优越性,得到了广泛应用并极大的促进了纳米科学的研究和发展。动态光散射技术通过测量布朗运动颗粒产生的散射光微小频移获取颗粒在悬浮液中的平移扩散系数,从而得到颗粒的动态特性。因此准确测量悬浮液颗粒扩散系数是提高动态光散射法测量精度的关键。针对传统颗粒检测技术测量下限不足以及浓悬浮液多次散射使得动态光散射测量结果有较大误差,本文以低相干计为基础搭建一套适用于浓悬浮液检测的低相干动态光散射装置,并对该装置的测量原理做了详细介绍。基于LabVIEW软件编写实验信号采集程序,详细探讨了采集卡选择、采集频率设置、散射信号处理以及实验测量结果。利用低相干动态光散射装置对悬浮液中布朗运动颗粒的扩散特性进行了研究。根据单散射理论,考虑悬浮液的折射率随浓度的变化,通过解析检测到的单散射光的光谱得到不同浓度悬浮液中颗粒的有效扩散系数。讨论了三种不同粒径颗粒的有效扩散系数随悬浮液体积浓度的变化关系。结果表明,浓悬浮液中布朗运动颗粒的扩散特性受到静态结构因子及颗粒间流体动力学相互作用的影响,随浓度的增加而减小。在0.01-0.2的体积浓度范围内,有效扩散系数测量值与采用Percus-Yevick近似和Cohen-de Schepper近似得到的理论值吻合较好。证明了低相干动态光散射法可用来研究不同体积浓度的悬浮液中颗粒的扩散特性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 浓悬浮液颗粒的测量  9-10
  1.3 动态光散射原理  10-16
    1.3.1 单散射和复散射  10
    1.3.2 散射光信号  10-12
    1.3.3 Mie散射理论  12-14
    1.3.4 散射光强自相关函数  14
    1.3.5 Stokes-Einstein公式  14-15
    1.3.6 有效介质理论  15-16
  1.4 本论文的研究内容、意义及方法  16
  1.5 本章小结  16-18
第二章相位调制低相干动态光散射  18-24
  2.1 相位调制低相干动态光散射装置  18-20
  2.2 相位调制低相干动态光散射原理  20-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章信号采集软件LabVIEW设计  24-41
  3.1 图形化虚拟仪器编程软件LabVIEW简介  24-27
  3.2 LabVIEW数据采集  27-32
    3.2.1 数据采集系统的基本组成  27-28
    3.2.2 数据采集板卡的选择  28-29
    3.2.3 采集卡的接线方式  29-32
  3.3 光散射信号采集程序设计  32-38
    3.3.1 前面板的设计  33
    3.3.2 后面板的设计  33-38
  3.4 实验信号的采集结果  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章浓悬浮液颗粒扩散特性的研究  41-51
  4.1 悬浮液颗粒静态结构因子的计算  41-44
  4.2 流体动力学相互作用的计算  44-45
  4.3 浓悬浮液扩散动态特性  45-46
  4.4 浓悬浮液扩散动态特性检测  46-50
    4.4.1 实验装置  46-47
    4.4.2 实验样品与制备  47-48
    4.4.3 结果与讨论  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章结论与展望  51-52
  5.1 结论  51
  5.2 展望  51-52
参考文献  52-57
附录  57-58
致谢  58-59
攻读学位期间主要的研究成果  59

浓悬浮液中布朗运动颗粒扩散特性的研究

内容摘要

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