Разработка новых методов фотоакустической спектроскопии конденсированных сред (1097867), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Показано, что с ростом интенсивности излучения7зависимость температуры от интенсивности не подчиняется линейномузакону.8. Сформулирована нелинейная модель для нестационарного температурногополя в ФА ячейке, которая решена численно. Результаты расчёта показали,чтоучёттепловойнелинейностиприводит к занижению значениятемпературы во всех точках ФА ячейки.9. Развита нелинейная теория ФА эффекта при регистрации сигналагазомикрофонным способом, основанная на линейной аппроксимациитемпературных зависимостей теплоёмкости и теплопроводности образца ибуферного газа.
Показано, что тепловая нелинейность исследуемой средыприводит к генерации второй гармоники при газомикрофонной регистрациисигнала. Определены основные особенности сигнала на удвоенной частоте,которыйможетиспользоватьсядляопределениятеплофизическихпараметров среды.10. Теоретически исследовано влияние тепловой нелинейности, связанной стемпературной зависимостью теплофизических и оптических параметров, напроцессформированияипараметрынелинейногоФАоткликавконденсированных средах.Новизна предложенных в работе методов подтверждается четырьмяполученными авторскими свидетельствами на изобретения.Достоверность полученных результатов основана на следующих фактах.Приэкспериментальныхизмеренияхнаблюдаласьстатистическаяповторяемость результатов, а ошибки измерений, как показал их анализ,были значительно меньше самих измеряемых величин и их интегральныхизменений в процессе эксперимента. Калибровка приборов и усреднениерезультатов измерений проводилось по стандартным для физическихэкспериментов методикам, что служило гарантией надежности получаемыхрезультатов.Наблюдаемоенезависимымобразом,соответствиеподтверждало8ФАспектров,действенностьиизмеренныхдостоверностьиспользуемых и разрабатываемых методов измерений.
Достоверностьрезультатов измерений при слабых интенсивностях света подтверждалосьтакже их общим согласием с существующей теорией ФА явлений. Втеоретической части работы использовались надежные, общепринятыеметоды аналитических и численных расчетов, а также стандартные общиепредставления исходных уравнений и граничных условий. Этот факт нарядуссовпадениемпредсказанийразвиваемойнелинейнойтеорииисуществующей линейной теории в пределе слабой интенсивности светапозволяет автору быть уверенным в достоверности представляемыхрезультатов.Практическая значимость работы.Разработан и изготовлен в 1986 г.
первый в СССР автоматизированныйФА спектрометр, позволяющий исследовать спектральные характеристикиконденсированных сред в спектральном диапазоне 2 × 102 ÷ 2 × 103 нм . Порешению Государственного комитета по науке и технике спектрометрпередан в НПО «Химавтоматики» Минхимпрома СССР для дальнейшихприменений при решении задач аналитической химии. Разработанныеиизготовленные новые ФА ячейки расширяют возможности существующихФА спектрометров для изучения спектральных характеристик рассеивающихсред.Развита методика исследования спектров поглощения различныхобразцов: твердых тел, порошков, растворов, различных красителей исорбентов.Предложенметодопределениятеплофизическихсвойствразличных сред на основе ФА спектроскопии с газомикрофонной схемойрегистрации полезного сигнала.
Развит методический подход к изучениюформирования ФА сигнала в дисперсных и порошкообразных образцах.ФА метод апробирован для определенияповерхностикремнезема.Методможет9состояния красителей наиспользоватьсявзадачаханалитической химии, например, для разработкивысокочувствительныхтвердотельных сенсоров.Создан усовершенствованный ФА микроскоп с газомикрофоннойсхемой регистрации сигнала, представляющий интерес для диагностикитвердотельных образцов различной природы.Полученные экспериментальные результаты и созданная теория ФАэффекта для сильнопоглощающих и низкотеплопроводящих систем с учетомтепловой нелинейности может служить основой для определения границприменимости линейной зависимости ФА сигнала от мощности падающегоизлучения и обратимости тепловых процессов, проходящих в областяхпоглощения световой энергии.
Разработанная теория генерации второйгармоники ФА сигнала позволяет использовать эту гармонику в качествеисточника независимой дополнительной информации о теплофизическихпараметрах исследуемых сред, находящихся в ФА ячейке.НелинейнаятеорияформированияФАсигналастемпературных зависимостей оптических и теплофизическихучётомвеличинслужит основой для реализации удобного и простого способа определениятемпературных коэффициентов различных параметров сильнопоглощающихсред путем газомикрофонной регистрации ФА сигнала.Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующихнаучных встречах: 2-ом Всесоюзном симпозиуме по оптоакустическойспектроскопии(Ташкент,1977),3-ейВсесоюзнойконференциипоаналитической химии (Минск, 1979), Всесоюзном семинаре «Аналитическиеметоды исследования материалов и изделий электронной техники» (Киев,1983), Республиканской школе-семинаре «Фотоакустический эффект и егоприменения» (Душанбе, 1984), 5-ой Всесоюзной конференции «Методика итехника ультразвуковой спектроскопии» (Вильнюс, 1984), XIII Всесоюзнойконференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Черновцы, 1986),Всесоюзнойшколе-семинаре«Лазерное10оптическоеиспектральноеприборостроение»(Минск,«Акустоэлектрическиеполупроводников»и(Киев,1986),Научно-техническойфотоакустические1987),XIVметодыВсесоюзнойконференцииисследованияконференциипоакустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Кишинев, 1989),Международном симпозиуме «Фотоакустические и термоволновые явления»(США, Балтимор, 1989), Всесоюзной школе-семинаре «Фотоакустическаяспектроскопияимикроскопия»(Душанбе,1989),Международномсимпозиуме по физической акустике (Бельгия, Кортрейк, 1990), 2-омМеждународномсимпозиумепоакустике(Китай,Нанкин,1990),Международной конференции по физике конденсированного состояния(Душанбе, 2001; 2004), Международной конференции по современнымпроблемамфизико-химическихсвойствконденсированныхсред(Таджикистан, Худжанд, 2002), Международной конференции «Старение истабилизация полимеров» (Душанбе, 2002), Международной конференции«Спектроскопияиееспециальныеприменения»(Киев,2003),IXМеждународной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике(Иркутск, 2004), XXX Международной зимней школе физиков-теоретиков«Кауровка-2004», (Челябинск, 2004), 12-ой, 13-ой и 14-ой Международныхконференциях по фотоакустике и фототепловым явлениям (Канада, Торонто,2002; Бразилия, Рио-де-Жанейро, 2004; Египет, Каир, 2007), Международнойконференции «Физика конденсированного состояния и нелинейные явления»(Махачкала, 2005), Международной конференции Пакистанского ИнститутаФизики (Лахор, Пакистан, 2006), Международной конференции по физикеконденсированного состояния и экологических систем (Душанбе, 2006).Вклад автора.
Определяющий вклад в получение результатов настоящейработы был внесен ее автором как при постановке рассматриваемых задач,так и при разработке методов их решении и реализации. Под руководствомавтора как организатора и руководителя лаборатории фотоакустики вФизико-техническом институте им. С.У. Умарова Таджикской АН в течениемногих лет выполнялись многочисленные научно-исследовательские работы11сиспользованиемконденсированныхметодасредсФАспектроскопиигазомикрофоннойимикроскопиисхемойрегистрации.Подавляющее большинство работ опубликовано в последние годы всоавторстве с профессором Т.Х. Салиховым и учениками автора, а также всотрудничестве с ведущими учеными - коллегами из Российской Федерации:В.Е.
Лямовым, В.В. Прокловым, А.А. Карабутовым и другими.Подруководством автора по теме диссертации защищены две кандидатскиедиссертации: А.М. Ашуровым на тему «Фотоакустический эффектвпорошкообразных и твердотельных образцах при газомикрофонной схемерегистрации» (1991) и Д.М. Шарифовым на тему «Тепловая нелинейностьпригазомикрофоннойрегистрациифотоакустическогосигналавсильпоглощающих средах» (2004).Публикации. По теме диссертации опубликовано в журналах и сборникахболее 60 печатных работ.
Список основных публикаций приведен в концеавтореферата.Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шестиглав, заключения и списка литературы. Ее общий объем составляет 295страниц, включая 103 рисунка, 4 таблицы и 301 библиографическую ссылку.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы предметисследования и цели работы, определена научная и практическая значимостьпроведённых исследований, представлена информация об апробации ивкладе автора, приведены основные положения, выносимые на защиту, атакже кратко изложено содержание диссертации по главам.Впервойглавеприведенкраткийанализтеоретическихиэкспериментальных работ по линейной и нелинейной фотоакустическойспектроскопии и микроскопии конденсированных сред.
Этот анализ, в12основном, опирается на линейную теорию ФА спектроскопии, которая наданныймоментсталаужеклассической.Основныемеханизмыформирования и генерации ФА сигнала и различные методы его генерации идетектирования,а также аналитические основы его применения приисследовании конденсированных сред изложены в разделе 1.1. Там жеподчёркиваютсяширокиевозможностипримененияобсуждаемогобесконтактного метода для определения теплофизических и оптическихпараметров конденсированных сред в тех случаях, когда другие методыоказываются малоэффективными.
Рассматриваются возможности проведенияанализа химического состава различных сред ФА методом и другимиродственнымиемуметодами.АнализируютсяпреимуществаФАмикроскопов, позволяющих выявлять неоднородности и слоистые структурыисследуемых сред. Здесь же вкратце описаны оптоакустические механизмыгенерации поверхностных (рэлеевских) волн и их использование дляисследования полупроводниковых материалов.Теоретические основы ФА спектроскопии при газомикрофонномспособе регистрации сигнала изложены в разделе 1.2.
Этот анализ,основанный на классической теории Розенцвейга-Гершо (РГ), показывает еепреимущества и недостатки, условия и границы применимости приисследовании конденсированных сред. Проводится также анализ и другихработ,дополняющихтеориюРГсучетомразличныхмеханизмовформирования ФА сигнала с газомикрофонной схемой регистрации. Вразделе1.3рассматриваютсяособенностиФАисследованиямелкодисперсных сред и порошков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
