Капиллярный эффект. Фотоиндуцированный термокапиллярный эффект и его применения. Способы прокачки жидкости в микроканалах с помощью пузырьков или отдельных капель, управляемых последовательно включаемыми микронагревателями. Перемещение капель в микроканалах за счет разности капиллярных давлений. Планарная микрофлюидика на патернированных поверхностях. Концентрационно-капиллярный эффект и ее применения: адаптивная самоцентрирующаяся варифокальная микролинза; очистка и разделение токсичных и радиоактивных веществ в замкнутом объеме; создание проводящих дорожек на диэлектрических подложках; новое поколение тепловых микротрубок (для кулеров электронных приборов).
Реферат: Классические капиллярные эффекты и современные технологии.
30
5
Применение фотомикрофлюидики. Применение фотомикрофлюидики в лазерной диагностике. Лазерные методы измерения вязкости. Метод измерения вязкости, основанный на рассеянии лазерного излучения на рипплонах (SLLS). Измерение вязкости методом индуцированной пучком лазера капиллярной волны. Метод измерения вязкости с использованием вращающейся микросферы жидкого кристалла в лазерной ловушки. Применение фотомикрофлюидики в медицине. Применение фотомикрофлюидики в технике.
Реферат: Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения капиллярной волны с помощью дифракционной решетки образуемой на поверхности жидкости при пересечении двух импульсных когерентных пучков лазера накачки, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
31
ИТОГО:
151
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
Темы дисциплины необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1.
|
Работа над кандидатской диссертацией
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
Содержание дисциплины.
Конститутивные (определяющие) соотношения. Уравнения Навье - Стокса. Граничные условия для тонкого слоя жидкости со свободной поверхностью.
Взаимодействие излучения с веществом. Анализ фотофизических и фототермических эффектов, возникающих при взаимодействии излучения с веществом в жидкой фазе при наличии ПРФ. Давление света на ПРФ жидкость-твердое тело. Диэлектрофорез. Оптический пинцет. Перемещаемая лазерная ловушка. Рассеивающая и градиентная сила; условие устойчивого захвата. Способ микроманипуляции in vivo. Приведение в движение микроустройств в жидкости. Давление света на поверхность раздела газ-жидкость. Способы создания движения жидкости и управления им. Основные каналы деградации оптического излучения. Классификация фототермических эффектов и разработанных на их основе методов исследования: PTCl, PTM, PAS, PTRfr, PTRfl, PTR, PTC. Фотототермокалориметрические методы. Микромасштабные способы термометрии.
Фототермические методы. Фототермомеханические методы. Поверхностная термолинза – STL. Бислойные микроконсоли. Эффект барабана. Фототерморефракционные методы (термолинза, мираж – эффект). Фототерморефлектанс (PTRfl). История развития метода. Терморефлектанс. Оптическая модуляционная спектроскопия. Комплексная диэлектрическая функция, коэффициенты Seraphin. PTRfl-микроскопия и ее применение в микро- и оптоэлектронике. Фототерморадиометрия Фототермокапиллярные методы.
Капиллярный эффект. Фотоиндуцированный термокапиллярный эффект и его применения. Способы прокачки жидкости в микроканалах с помощью пузырьков или отдельных капель, управляемых последовательно включаемыми микронагревателями. Перемещение капель в микроканалах за счет разности капиллярных давлений. Планарная микрофлюидика на патернированных поверхностях. Концентрационно-капиллярный эффект и ее применения: адаптивная самоцентрирующаяся варифокальная микролинза; очистка и разделение токсичных и радиоактивных веществ в замкнутом объеме; создание проводящих дорожек на диэлектрических подложках; новое поколение тепловых микротрубок (для кулеров электронных приборов).
Применение фотомикрофлюидики. Применение фотомикрофлюидики в лазерной диагностике. Лазерные методы измерения вязкости. Метод измерения вязкости, основанный на рассеянии лазерного излучения на рипплонах (SLLS). Измерение вязкости методом индуцированной пучком лазера капиллярной волны. Метод измерения вязкости с использованием вращающейся микросферы жидкого кристалла в лазерной ловушки. Применение фотомикрофлюидики в медицине. Применение фотомикрофлюидики в технике.
Планы семинарских занятий.
Учебным планом ОПППО не предусмотрено.
Темы лабораторных работ. (Лабораторный практикум) (если они предусмотрены учебным планом ОПППО)
ФТК метод измерения толщины лакокрасочного покрытия на металле.
Экспериментальная проверка эмпирической формулы ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке. Зависимость диаметра ФТК отклика от расстояния до экрана при различной мощности пучка.
Экспериментальная проверка эмпирической формулы ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке. Зависимость диаметра ФТК отклика от расстояния до экрана при различной толщине жидкого слоя.
Исследование зависимости ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке от вязкости жидкости при различной мощности пучка.
Исследование зависимости ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке от вязкости жидкости при различной толщине слоя.
Возбуждение тепловых волн в тонком слое жидкости на поглощающей подложке с помощью модулированного пучка лазерного излучении и изучение возможности их применения для диагностики тепловых свойств жидкостей и твердых тел.
Выявление связи числа интерференционных колец в ФТК отклике с параметрами жидкого слоя (вязкостью жидкости и толщиной слоя).
Исследование ФТК отклика двухслойных систем несмешивающихся жидкостей (окрашенное масло на воде) в плане применения результатов исследования к проблеме мониторинга нефтяных загрязнений акваторий.
Тестирование различных схем накачки и считывания в ФТК методе лазерной диагностики (BAA, BPA, BTA,BPM) и поиск способов их оптимизации.
Исследование зависимости диаметра ФТК отклика от толщины пленки поглощающего ЛКП (черный цапон лак) на теплопроводных подложках (медь, латунь, алюминий, дюраль, сталь).
Изучение поля скоростей термокапиллярной конвекции методом (particle tracking velocimetry) PTV.
Изучение тороидального ТК вихря с помощью термохромных жидких кристаллов.
Примерная тематика курсовых.
Не предусмотрено учебным планом ОПППО
Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Для самостоятельного изучения теоретического материала студентами используются учебники и учебные пособия, приведённые в списке литературы (п. 9.1 и п. 9.2).
Темы рефератов и контрольных работ
Микрофлюидика, оптофлюидики, и фотомикрфлюидика – общее и отличия. История фотомикрофлюидики, современные достижения и перспективы развития.
Классические капиллярные эффекты: история открытия, исследований и практических применений.
Фотоиндуцированные фазовые переходы в газах и жидкостях и их применение
Классификация фототермических эффектов: и основанных на них методов исследования. Фототермическая калориметрия.
Фототерморефракционные методы исследования теплофизических свойств твердых, жидких и газообразных сред. Фототермические эффекты: мираж-эффект, термолинза.
Фотоиндуцированная капиллярная конвекция и сопутствующие эффекты. Практические применения.
Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения.
Конститутивные (определяющие) соотношения. Вывод уравнения Навье – Стокса.
Осесимметричные задачи в жидкостных лазерных технологиях
Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике.
Деформация свободной поверхности слоя жидкости под воздействием термокапиллярного эффекта.
Контактная термометрия микрообъектов. Преимущества и недостатки контактных методов. Полуконтактная термометрия микрообъектов. Жидкие кристаллы в качестве индикаторов температуры.
Бесконтактная термометрия микрообъектов.
Анализ соглашений в гибридной алгебре Гиббса и Хевисайда и их уточнение.
Градиентные законы явлений переноса (Фурье, Ньютона, Фика, Ома, Дарси) и диссипативные структуры (ячейки Бенара, кольца Тейлора, кольца Лизиганга, реакция Белоусова-Жаботинского, диод Гана, пальцы Стафмана, фестонная структура) в системах, далёких от равновесия.
Классические капиллярные эффекты и современные технологии.
Фототермические эффекты и их применение в методах диагностики флюидов.
Микро- электромеханические жидкостные технологии (MEMLS).
Лазерная диагностика жидкостей: история, современное состояние и перспектива.
Фототермокапиллярные эффекты (ТК и КК механизм) и их применения.
Лазерное зонное текстурирование магнитных дисков (LZT – процесс Баумгарта).
Эмпирический вывод формулы фототермокапиллярного отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке.
Фототермокапиллярный метод диагностики обрыва проводящих дорожек на диэлектрических подложках.
Фототермокапиллярный метод оценки теплофизических свойств материалов.
Контроль толщины и однородности диэлектрических покрытий на металле фототермокапиллярным методом.
Роль капиллярных эффектов в медицине и биологии.
Жидкостные системы отображения и регистрации информации.
Фототермокапиллярные методы измерения вязкости, разработанные Безуглым и сотрудниками (1984, 1985, 2003, 2007).
Неконтактное измерение вязкости методом поверхностного рассеяния света на рипплонах (ripplon SLLS).
Неконтактное измерение вязкости полярных жидкостей методом возбуждения капиллярной волны переменным напряжением, приложенным к свободной поверхности жидкости, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения капиллярной волны с помощью дифракционной решетки образуемой на поверхности жидкости при пересечении двух импульсных когерентных пучков лазера накачки, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения локальной деформации жидкой поверхности импульсным пучком лазера, эволюция которой считывается пробным пучком лазера.
Неконтактное измерение вязкости методом вращения жидкокристаллической микросферы в лазерной ловушке.
Неконтактное измерение вязкости методами активной микрореологии.
Примерные вопросы для зачета
Микрофлюидика, оптофлюидика и фотомикрфлюидика – общее и отличия. История фотомикрофлюидики, современные достижения и перспективы развития.
Классические капиллярные эффекты: история открытия, исследований и практических применений.
Фотоиндуцированные фазовые переходы в газах и жидкостях и их применение
Классификация фототермических эффектов: и основанных на них методов исследования. Фототермическая калориметрия.
Фототерморефракционные методы исследования теплофизических свойств твердых, жидких и газообразных сред. Фототермические эффекты: мираж-эффект, термолинза.
Фотоиндуцированная капиллярная конвекция и сопутствующие эффекты. Практические применения.
Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения.
Конститутивные (определяющие) соотношения. Вывод уравнения Навье – Стокса.
Осесимметричные задачи в жидкостных лазерных технологиях.
Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике.
Деформация свободной поверхности слоя жидкости под воздействием термокапиллярного эффекта.
Контактная термометрия микрообъектов. Преимущества и недостатки контактных методов. Полуконтактная термометрия микрообъектов. Жидкие кристаллы в качестве индикаторов температуры.
Бесконтактная термометрия микрообъектов.
Анализ соглашений в гибридной алгебре Гиббса и Хевисайда и их уточнение.
Градиентные законы явлений переноса (Фурье, Ньютона, Фика, Ома, Дарси) и диссипативные структуры (ячейки Бенара, кольца Тейлора, кольца Лизиганга, реакция Белоусова-Жаботинского, диод Гана, пальцы Стафмана, фестонная структура) в системах, далёких от равновесия.
Классические капиллярные эффекты и современные технологии.
Фототермические эффекты и их применение в методах диагностики флюидов.
Микро- электромеханические жидкостные технологии (MEMLS).
Лазерная диагностика жидкостей: история, современное состояние и перспектива.
Фототермокапиллярные эффекты (ТК и КК механизм) и их применения.
Лазерное зонное текстурирование магнитных дисков (LZT – процесс Баумгарта).
Эмпирический вывод формулы фототермокапиллярного отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке.
Фототермокапиллярный метод диагностики обрыва проводящих дорожек на диэлектрических подложках.
Фототермокапиллярный метод оценки теплофизических свойств материалов.
Контроль толщины и однородности диэлектрических покрытий на металле фототермокапиллярным методом
Роль капиллярных эффектов в медицине и биологии.
Жидкостные системы отображения и регистрации информации.
Фототермокапиллярные методы измерения вязкости, разработанные Безуглым и сотрудниками (1984, 1985, 2003, 2007).
Неконтактное измерение вязкости методом поверхностного рассеяния света на рипплонах (ripplon SLLS).
Неконтактное измерение вязкости полярных жидкостей методом возбуждения капиллярной волны переменным напряжением, приложенным к свободной поверхности жидкости, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения капиллярной волны с помощью дифракционной решетки образуемой на поверхности жидкости при пересечении двух импульсных когерентных пучков лазера накачки, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения локальной деформации жидкой поверхности импульсным пучком лазера, эволюция которой считывается пробным пучком лазера.
Неконтактное измерение вязкости методом вращения жидкокристаллической микросферы в лазерной ловушке.
Неконтактное измерение вязкости методами активной микрореологии.
Определение фотомикрофлюидики и роль составляющих ее дисциплин. Оптофлюидика. Основные разделы фотомикрофлюидики. История развития фотомикрофлюидики. Жидкослойные системы отображения, преобразования и адресации оптической информации: эвапорограф Черни, эйдофор Фишера, два метода ИК фотографии Хейнца, пространственный модулятор Шнеебергера, термотезография Безуглого, двухслойный ИК преобразователь Лулерга. Использование свободной поверхности жидкости в качестве оптического элемента (Блок и Харвит).
Классические капиллярные эффекты: эффект «слезы крепкого вина»(СКВ), успокоение волн с помощью масла, танец камфары (1686), суминагаши, эффект «апельсиновая кожура», диссипативные структуры в каплях Вебера (1855) и Квинке (1888), ячейки Бенара (1900), фестонная структура Виктора Волковыского (1935), опыты Хершея (1939), эффект Скогена (1958), «аномальная» капля и звездчатая структура в капле Безуглого (1975).
Фотоиндуцированная гетерогенная нуклеация воды и органических соединений. Опыты Тиндаля, Ленарда, Каца. Сверхчувствительное детектирование следов органических соединений (взрывчатых веществ, токсинов) в атмосфере. «Фотофазовый эффект» Галашина для молекулярных систем из изомеров. Фотодимеризация антрацена и его производных.
Свойства жидкостей (оптические, термические, реологические и динамические). Четыре фундаментальных физических параметра материала. Т – поле в стержне с периодическим источником тепла. Т – волны, длина диффузии тепла, термоволновая интерферометрия.
Показатель преломления. Формула Лоренц-Лоренца. Термооптический коэффициент.
Фототерморефлектанс (PTRfl). История развития метода. Терморефлектанс. Оптическая модуляционная спектроскопия. Комплексная диэлектрическая функция, коэффициенты Seraphin. PTRfl-микроскопия и ее применение в микро- и оптоэлектронике.
Реологические свойства: вязкость сдвиговая, объемная (дилатантная) и поверхностная, ее зависимость от температуры. Основы реометрии.
Поверхностное натяжение простых жидкостей и его зависимость от температуры. Термокапиллярный коэффициент.
Поверхностное натяжение растворов и смесей и его зависимость от концентрации тензоакивной примеси. Положительная и отрицательная тензоактивности. Тензиометрия поверхности раздела фаз (ПРФ). Светочувствительные ПАВ.
Введение в механику континуума. Математический аппарат описания фотоиндуцированной капиллярной конвекции. Гибридная алгебра Гиббса – Хевисайда; анализ и уточнение соглашений.
Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения.
Законы сохранения массы и импульса. Граничные условия для тонкого слоя жидкости со свободной поверхностью.
Конститутивные (определяющие) соотношения. Уравнения Навье - Стокса.
Закон сохранения момента импульса. Полярные среды и тензор напряжений.
Закон сохранения полной энергии.
Анализ размерностей и теория подобия в процессах взаимодействия излучения лазера с капиллярными объектами. Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике.
|
