Scientific journal
International Journal of Experimental Education
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,399

1 1 1
1

В промышленности и научно-прикладных исследованиях физико-химических свойств жидких и газообразных сред используют разные способы разделения смешанных объёмов разнородных частиц (смеси, жидкости разной плотности, эмульсии, твёрдые материалы, взвеси, твёрдые частицы или капельки в газе) в зависимости от размеров исследуемых веществ либо осаждение в гравитационном поле, либо центрифугирование [1].

Данная работа посвящена модели сепарации наночастиц световым полем, являющейся альтернативной выше приведенным методам.

Рассмотрим прозрачную наносуспензию, освещаемую потоком лазерного излучения с однородным распределением интенсивности. На наночастицу действует сила светового давления:

ivan001.wmf, ivan002.wmf,

где ivan003.wmf – интенсивность света, ivan004.wmf, ivan005.wmf – показатели преломления веществ дисперсионной и дисперсной сред соответственно, a – радиус частицы, l – длина волны излучения, ivan008.wmf – скорость света [2,3].

Индуцированное световое давление приводит к изменению концентрации частиц, описываемой стандартным одномерным уравнением диффузии во внешнем поле [3], решение которого в стационарном режиме в виде зависимости концентрации частиц от интенсивности излучения и высоты [4]:

ivan009.wmf,

где C0 – начальная концентрация наночастиц; D – коэффициент диффузии; ivan010.wmf l – высота кюветы, ivan011.wmf ivan012.wmf, ivan013.wmf, ivan014.wmf.

Анализ данного выражения показывает, что для двух сортов частиц, отличающихся величиной радиуса, изменение концентрации (например, на полувысоте кюветы) резко возрастает с радиусом наночастицы. Это связано с резкой зависимостью (как радиус в 5-й степени) скорости осаждения от радиуса частицы, что может позволить значительно более эффективно разделять полидисперсные смеси [5–7].

Предложенный метод сепарации наночастиц актуален при исследовании дисперсных жидкофазных сред [8–10], а также для оптической диагностики таких сред [11,12].