光鑷測量膠體粒子間及界面與粒子間相互作用.pdf

1、光鑷是利用強(qiáng)會(huì)聚光束與微粒之間線性動(dòng)量的傳遞實(shí)現(xiàn)了光對(duì)微粒的三維捕獲及操控，這種操控具有非接觸式操控、無機(jī)械損傷、不干擾粒子周圍環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。光鑷的捕獲力在皮牛量級(jí)，剛好處在大多數(shù)膠體粒子間作用力的量級(jí)之內(nèi)，所以很適用于研究膠體粒子間相互作用。 本文設(shè)計(jì)了以機(jī)械斬光器為關(guān)鍵器件、以雙光鑷為核心的雙同步閃爍光鑷。該系統(tǒng)利用光鑷實(shí)現(xiàn)捕獲、懸浮和排布粒子，而當(dāng)光鑷關(guān)閉時(shí)，粒子會(huì)在熱隨機(jī)力和其它作用力的作用下運(yùn)動(dòng)，利用數(shù)字顯微攝像技術(shù)可以

2、精確的測量粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)統(tǒng)計(jì)力學(xué)對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡分析可得出粒子間的相互作用。這使我們能從粒子層次直接測量膠體粒子間相互作用。由于膠體粒子之間的相互作用決定了膠體的穩(wěn)定程度，光鑷成為我們從微觀層面研究膠體穩(wěn)定性的一種實(shí)用工具。而膠體穩(wěn)定性研究在各個(gè)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域都具有極其重要的地位和意義，歷來受到人們的重視。 利用膠體粒子間相互作用勢測量系統(tǒng)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法測量了聚苯乙烯球懸浮液中兩個(gè)小球之間的相互作用勢，其結(jié)果與經(jīng)典DLVO

3、理論相符，直接從微觀層次驗(yàn)證了該理論的正確性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)具體討論了影響測量精度和效率的因素。 膠體與聚合物的相互作用是膠體體系穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題之一。有關(guān)聚合物調(diào)控的膠體穩(wěn)定和絮凝方面的研究對(duì)于食品工業(yè)、油漆生產(chǎn)、石油開采等領(lǐng)域有著重要的實(shí)用價(jià)值。穩(wěn)定還是絮凝與聚合物是否在粒子表面發(fā)生吸附有關(guān)。我們利用上述設(shè)備及方法測量了聚苯乙烯小球在嵌段共聚物水溶液中的空間相互作用，結(jié)合濁度和Zeta電位測量系統(tǒng)研究了嵌段共聚物對(duì)分散體系穩(wěn)定性的

4、影響，幾種實(shí)驗(yàn)結(jié)果都較為一致。 在很多實(shí)驗(yàn)研究中出現(xiàn)了帶同種電荷膠體粒子間相互吸引的現(xiàn)象，科研工作者提出了很多理論去解釋該現(xiàn)象。我們基于粒子表面雙電層形變的考慮，對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了初步的計(jì)算機(jī)模擬，模擬結(jié)果和已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合。 膠體粒子與界面之間的流體動(dòng)力學(xué)相互作用會(huì)影響粒子的布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散特性，同時(shí)也會(huì)影響到粒子之間的碰撞過程，影響到體系的穩(wěn)定性。我們利用光與粒子之間角動(dòng)量的傳遞產(chǎn)生的光致旋轉(zhuǎn)效應(yīng)測量了粒子在受到單

5、平行界面限制下的擴(kuò)散特性，取得了和已有的流體動(dòng)力學(xué)理論相一致的結(jié)果。本文總結(jié)了各種光鑷光致旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生方法，系統(tǒng)研究了利用光與粒子之間角動(dòng)量傳遞產(chǎn)生的光致旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，初步研究了利用光束對(duì)粒子線性動(dòng)量傳遞導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。光致旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)研究為微機(jī)械馬達(dá)、全光學(xué)開關(guān)的研制提供了一種有效手段。 光與粒子之間角動(dòng)量的傳遞產(chǎn)生的光致旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象研究中，波片是控制旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)鍵元件。本文提出用邁克爾遜干涉儀測量波片的相位延遲量及快軸方向的新方法，

6、測量結(jié)果表明方法是可靠的。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于： 1、本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可編程的同步斬光器，該機(jī)械斬光器主要由控制器、伺服電機(jī)、編碼器和斬光盤等部件組成，斬光器控制器主要包括可編程控制器、伺服電機(jī)放大器及控制開關(guān)。根據(jù)粒子的布朗運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研制出以機(jī)械斬光器為關(guān)鍵器件、以雙光鑷為核心的雙同步閃爍光鑷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠測量不同類型的膠體粒子間的相互作用。 2、本文利用膠體粒子間相互作用測量系統(tǒng)(雙同步閃爍光鑷)測量了聚苯