Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов

Совместные эксперименты по лазерной модуляционно-интерференционной фазовой микроскопии и по рассеянию лазерного излучения показали присутствие макроскопических частиц в водных средах, очищенных от твердотельных примесей. Экспериментальные данные, полученные для дистиллированной воды и водных раствор...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Бункин, Н.Ф., Шкирин, А.В., Козлов, В.А., Старосветский, А.В., Игнатьев, П.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Schriftenreihe:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74487
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов / Н.Ф. Бункин, А.В. Шкирин, В.А. Козлов, А.В. Старосветский, П.С. Игнатьев // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 499-504. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-74487
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-744872015-01-22T03:02:07Z Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов Бункин, Н.Ф. Шкирин, А.В. Козлов, В.А. Старосветский, А.В. Игнатьев, П.С. Совместные эксперименты по лазерной модуляционно-интерференционной фазовой микроскопии и по рассеянию лазерного излучения показали присутствие макроскопических частиц в водных средах, очищенных от твердотельных примесей. Экспериментальные данные, полученные для дистиллированной воды и водных растворов NaCl, позволяют интерпретировать эти частицы как кластеры воздушных наносфер. Спільні експерименти з лазерної модуляційно-інтерференційної фазової мікроскопії та з розсіяння лазерного випромінення показали присутність макроскопічних частинок у водних середовищах, очищених від твердотільних домішок. Експериментальні дані, одержані для дистильованої води та водних розчинів NaCl, дозволяють інтерпретувати ці частинки як кластери повітряних наносфер. Experiments combining modulation—interference phase microscopy and laser scatterometry show the presence of macroscopic particles in aqueous media, which are free of solid impurities. The experimental data obtained for distilled water and NaCl—aqueous solutions allow interpreting these particles as clusters of air nanospheres. 2011 Article Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов / Н.Ф. Бункин, А.В. Шкирин, В.А. Козлов, А.В. Старосветский, П.С. Игнатьев // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 499-504. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 07.60.Pb, 47.55.D-, 61.20.Ja, 61.20.Qg, 82.70.Dd, 83.80.Hj, 83.80.Ei http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74487 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Совместные эксперименты по лазерной модуляционно-интерференционной фазовой микроскопии и по рассеянию лазерного излучения показали присутствие макроскопических частиц в водных средах, очищенных от твердотельных примесей. Экспериментальные данные, полученные для дистиллированной воды и водных растворов NaCl, позволяют интерпретировать эти частицы как кластеры воздушных наносфер.
format	Article
author	Бункин, Н.Ф. Шкирин, А.В. Козлов, В.А. Старосветский, А.В. Игнатьев, П.С.
spellingShingle	Бункин, Н.Ф. Шкирин, А.В. Козлов, В.А. Старосветский, А.В. Игнатьев, П.С. Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Бункин, Н.Ф. Шкирин, А.В. Козлов, В.А. Старосветский, А.В. Игнатьев, П.С.
author_sort	Бункин, Н.Ф.
title	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов
title_short	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов
title_full	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов
title_fullStr	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов
title_full_unstemmed	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов
title_sort	квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74487
citation_txt	Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов / Н.Ф. Бункин, А.В. Шкирин, В.А. Козлов, А.В. Старосветский, П.С. Игнатьев // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 499-504. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT bunkinnf kvazistabilʹnyeklasterynanopuzyrʹkovrastvorënnogogazavvodeivodnyhrastvorahélektrolitov AT škirinav kvazistabilʹnyeklasterynanopuzyrʹkovrastvorënnogogazavvodeivodnyhrastvorahélektrolitov AT kozlovva kvazistabilʹnyeklasterynanopuzyrʹkovrastvorënnogogazavvodeivodnyhrastvorahélektrolitov AT starosvetskijav kvazistabilʹnyeklasterynanopuzyrʹkovrastvorënnogogazavvodeivodnyhrastvorahélektrolitov AT ignatʹevps kvazistabilʹnyeklasterynanopuzyrʹkovrastvorënnogogazavvodeivodnyhrastvorahélektrolitov
first_indexed	2025-07-05T22:55:34Z
last_indexed	2025-07-05T22:55:34Z
_version_	1836849440621592576
fulltext	499 PACS numbers: 07.60.Pb, 47.55.D-,61.20.Ja,61.20.Qg,82.70.Dd,83.80.Hj, 83.80.Ei Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов Н. Ф. Бункин, А. В. Шкирин, В. А. Козлов, А. В. Старосветский, П. С. Игнатьев * Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН, ул. Вавилова, 38, 199991 Москва, Российская Федерация *ООО «Лаборатории АМФОРА», ул. 5-ая Магистральная, 11, офис 18, 123007 Москва, Российская Федерация Совместные эксперименты по лазерной модуляционно-интерференцион- ной фазовой микроскопии и по рассеянию лазерного излучения показали присутствие макроскопических частиц в водных средах, очищенных от твердотельных примесей. Экспериментальные данные, полученные для дистиллированной воды и водных растворов NaCl, позволяют интерпре- тировать эти частицы как кластеры воздушных наносфер. Спільні експерименти з лазерної модуляційно-інтерференційної фазової мікроскопії та з розсіяння лазерного випромінення показали присутність макроскопічних частинок у водних середовищах, очищених від твердоті- льних домішок. Експериментальні дані, одержані для дистильованої води та водних розчинів NaCl, дозволяють інтерпретувати ці частинки як кла- стери повітряних наносфер. Experiments combining modulation—interference phase microscopy and laser scatterometry show the presence of macroscopic particles in aqueous media, which are free of solid impurities. The experimental data obtained for dis- tilled water and NaCl—aqueous solutions allow interpreting these particles as clusters of air nanospheres. Ключевые слова: водные растворы, структура растворенных газов, кла- стеры наночастиц, рассеяние света. (Получено 18 октября 2010 г.) Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 2, сс. 499—504 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 500 1. ВВЕД В ряде р кость, на понент, н рических Бабстоны зыри; их ионов од экранир эти соста ра, окру толщины тронейтр цательны другом в ных кла радиус б включае 2. ЭКСП ИНТЕРФ Принцип микроск имущест Рис. 1. Р лой оптич графике и Н. Ф. БУ ДЕНИЕ ранее опубл асыщенная неустойчив х полостей ы (bubbles х стабильн дного знака овке заряж авные част уженные об ы. Показан ральными, ый электри в притягив стеров. Сог бабстонного ет в себя пор ПЕРИМЕНТ ФЕРЕНЦИ п действия копа достат тво такого м аспределен ческой плот изображен о УНКИН, А. В ликованны я растворен ва по отнош й наномет stabilized b ность обусл а. В работе женного ба тицы предс блаком про но, что эти , но могут ический за ающем кул гласно разв о кластера рядка 102 о Т ПО МОД ИОННОЙ Л я лазерного точно подр микроскоп ие фазового тности в еди одномерный В. ШКИРИН, ых работ бы нным газом шению к сп трового ма by ions) – ловлена ад е [2] была р абстона в в ставляют с отивоионо и составны иметь как аряд. Поэт лоновском витой в ра а составляе отдельных ДУЛЯЦИО ЛАЗЕРНОЙ о модуляц робно описа па заключае о сдвига на иницах опти й профиль h В. А. КОЗЛО ыло показа м и содерж понтанном асштаба – стабильны дсорбцией решена зад водном рас обой заряж в разной (н е частицы положите тому они к поле с обр боте [2] мо ет порядка бабстонов ОННОЙ Й МИКРО ионного ин ан в работе ется в том, макроскоп ической тол h. ОВ и др. но, что лю жащая ионн му образова – бабстоно ые газовые на их пов дача о куло творе элек женные газ но фиксир не являют ельный, так коагулирую разованием одели, хара 0,5 мкм, и . СКОПИИ нтерференц е [1]. Основ что он позв пической ча лщины h. Н юбая жид- ный ком- анию сфе- ов [1—4]. е нанопу- верхности оновской ктролита; зовые яд- рованной) тся элек- к и отри- ют друг с м бабстон- актерный и кластер ционного вное пре- воляет не астице ма- На нижнем КВАЗ только о оцениват объектов мкм) сло го масшт самой во они сохр На рис стице ма ны). С у ионов ко ческих х что данн 3. ЭКСП ЗАВИСИ Измерен рассеяни структур матрице Рис. 2. Тр тельных (б) – вода ЗИСТАБИЛЬ обнаружив ть оптичес в. В данном ое дистилли таба с опти оды (рис. 1 раняют свою сунке 1 пок алой оптич увеличение онцентраци характерис ные частицы ЕРИМЕНТ ИМОСТЕЙ ние элемен ия являет ры рассеив е Мюллера, рек лазерног примесей о а с концентр ЬНЫЕ КЛАС ать объект скую плотн м эксперим ированной ической пло ), которые ю форму вс казано расп ческой пло ем содерж ия этих час стик наблю ы имеют от Т ПО ИЗМЕ ЭЛЕМЕНТ нтов матри ся эффект вающих об , которая с го луча на д образцах во рациейNaC СТЕРЫ НАНО ты микрос ность (пок менте было п й воды прис отностью м можно счи се время на пределени отности (в жания в во стиц расте юдаемых ми трицательн ЕРЕНИЮ ТОВ МАТР ицы рассея тивным м бъектов. В связывает а б длине волны одных сред. Cl 0,8 M. ОПУЗЫРЬКО скопическо казатель пр получено, ч сутствуют ч меньше опт итать квази аблюдения е фазового единицах одном обр т. Измерен икронных ный заряд [ УГЛОВЫХ РИЦЫ РАС ния света методом ан В данном с между соб ы 532 нм в о . (а) – дист ОВ ГАЗА В В ого масшта реломлени что в тонко частицы м тической п истабильны (десятки м сдвига на оптической азце раств ния электр частиц ука 1]. Х ССЕЯНИЯ как функц нализа вну случае реч ой состоян очищенной о тиллирован ВОДЕ 501 аба, но и ия) таких ом (10—20 микронно- плотности ыми, т.к. минут). макроча- й толщи- воренных рокинети- азывают, Я СВЕТА ций угла утренней чь идет о ния поля- от твердо- нная вода; 502 Н. Ф. БУНКИН, А. В. ШКИРИН, В. А. КОЗЛОВ и др. ризации света, заданные векторами Стокса, до и после рассеяния на частицах исследуемой среды. Угловые зависимости элементов мат- рицы рассеяния света оказываются весьма чувствительными к фор- ме рассеивателей и их распределению по размерам [5, 6]. С помощью лазерного гониометрического Мюллер-поляриметра, схема которого подробно рассмотрена в [1], были исследованы объ- емные образцы воды и водных растворов NaCl. Измеренные характе- ристики рассеяния света, выраженные в виде угловых зависимостей элементов матрицы Мюллера, показали, что в этих образцах, дей- ствительно, находятся частицы микронного масштаба. На рисунке 2 приведены фотографии трека лазерного луча на длине волны λ = 532 нм в дистиллированной воде (а) и водном 0,8 M растворе NaCl (б). Для этих образцов были измерены элементы матрицы рассеяния света с длиной волны λ = 532 нм Fij (F11 – индикатриса рассеяния, fij = Fij/F11) как функции угла рассеяния (рис. 3, 4): пустые кружки – дистиллированная вода, сплошные кружки – водный 0,8 M рас- твор NaCl). Анализ этих угловых зависимостей показал, что они не соответ- ствуют монолитным воздушным сферам (рис. 3), а могут быть лучше всего аппроксимированы кластерами, состоящими из полидисперс- ных воздушных наносфер (рис. 4). С помощью программы, в которой Рис. 3. Элементы матрицы рассеяния как функции угла рассеяния. Экспери- ментальные данные: пустые кружки – дистиллированная вода; черные кружки – водный раствор NaCl с концентрацией 0,8 M. Теоретические кри- вые – монолитные сферы с параметрами распределения по размерам: (1) – reff = 0,1 мкм, νeff = 0,01; (2) – reff = 0,5 мкм, νeff = 0,1; (3) – reff = 0,51 мкм, νeff = 0,044; (4)– reff = 1,0 мкм, νeff = 0,1, (5)–рэлеевские частицы (r << λ). КВАЗ реализов ных вол численны тере стох ческому нормаль (1) – re Рис. 4. Эл риментал кружки – кривые – размерам N = 160; ( N = 80; (5 Рис. 5. К ров, имею параметр νeff = 0,03 νeff = 0,01 0 10 20 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 1E-3 0,01 0,1 1 10 5 ЗИСТАБИЛЬ вана разра лн на клас ые теорети хастически механизм ьного распр eff = 70 нм, лементы ма льные данны – водный – кластеры м: (1) – reff = (3) – reff = 9 5) – рэлеевс а омпьютерны ющих логн рами: (а) – 3, N = 160; ( 1, N = 80. 30 40 50 60 70 f 33 2 30 40 50 60 70 1 F 11 3 4 ЬНЫЕ КЛАС аботанная в терах сфер ические кр их моделей му агрегац ределения м veff = 0,04, трицы расс ые: пустые к раствор Na наносфер с = 70 нм, veff 90 нм, veff = ские частиц б ые модели с нормальные – reff = 70 н в) – reff = 90 0 10 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 80 90 3 80 90 0 10 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 СТЕРЫ НАНО в [7] модел рических ч ривые для с й кластеров ии, со сле мономерны , N = 210; еяния как ф кружки – aCl с концен с параметрам = 0,04, N = 0,02, N = 12 цы (r << λ). случайных е распредел нм, νeff = 0,0 0 нм, νeff = 0 20 30 40 50 60 f 34 3 4 20 30 40 50 60 1 -f 12 2 3 ОПУЗЫРЬКО ль рассеян частиц, на сгенериров в, образова едующими ых сфер по (2) – reff функции уг дистиллиро нтрацией 0 ми распреде 210; (2) – r 20; (4) – ref в реализаций ения моном 04, N = 200 0,02, N = 12 0 70 80 90 5 1 24 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 70 80 90 4 5 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 ОВ ГАЗА В В ния электр а рис. 4 по ванных на анных по б параметр размерам: = 80 нм, v гла рассеяни ованная вод ,8 M. Теоре еления мон reff = 80 нм, v f = 100 нм, v г й бабстонны меров по ра 0; (б) – ref 20; (г) – reff 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 f 22 ВОДЕ 503 ромагнит- остроены компью- баллисти- рами лог- veff = 0,03, ия. Экспе- да; черные етические номеров по veff = 0,03, veff = 0,01, г ых класте- азмерам с ff = 80 нм, f = 100 нм, 0 60 70 80 90 f 44 0 60 70 80 90 504 Н. Ф. БУНКИН, А. В. ШКИРИН, В. А. КОЗЛОВ и др. N = 160; (3) – reff = 90 нм, veff = 0,02, N = 120; (4) – reff = 100 нм, veff = 0,01, N = 80. Здесь reff – эффективный радиус; veff – относитель- ная эффективная ширина распределения; N – число сфер в кластере. Кривые (1)—(4) получены как средние по поворотам соответству- ющих кластеров в плоскости рассеяния. Кривые (5) соответствуют рэлеевским частицам (r << λ). На рисунке 5, а—г изображены компь- ютерные модели случайных реализаций бабстонных кластеров с па- раметрами соответствующими кривым (1)—(4) на рис. 4. Подобранные модели кластеров имеют характерный радиус ≅ 0,5 мкм и фрактальную размерность в пределах 2,5—2,8. Исходя из среднего значения сечения рассеяния данных кластеров, была оце- нена их концентрация в дистиллированной воде ≅ 103 см −3, в водном 0,8 M растворе NaCl ≅ 2⋅106 см −3. 4. ВЫВОДЫ Данные фазовой микроскопии показывают, что в очищенных от твердотельных примесей образцах водных растворов NaCl, присут- ствуют газовые частицы микронного масштаба. Однако измеренные угловые зависимости матрицы рассеяния в данных образцах лучше всего могут быть аппроксимированы не монолитными сферами, а ансамблем кластеров с характерным радиусом порядка 1 мкм, об- разованным воздушными нанопузырями, имеющими логнормаль- ные распределения по радиусам с эффективными значениями в ин- тервале 70 ≤ reff ≤ 100 нм. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Н. Ф. Бункин, П. С. Игнатьев, К. В. Индукаев, Н. В. Суязов, А. В. Шкирин, ЖЭТФ, 135, № 5: 917 (2009). 2. Н. Ф. Бункин, Ф. В. Бункин, ЖЭТФ, 123: 828 (2003). 3. Н. Ф. Бункин, Ф. В. Бункин, ЖЭТФ, 100: 512 (1992). 4. N. F. Bunkin, B. W. Ninham, V. A. Babenko, N. V. Suyazov, and A. A. Sychev, J. Phys. Chem. B, 114: 7743 (2010). 5. H. C. van de Hulst, Light Scattering by Small Particles (New York: Dover: 1981). 6. M. I. Mishchenko, L. D. Travis, and A. A. Lacis, Scattering, Absorption, and Emission of Light by Small Particles (Cambridge: Cambridge University Press: 2002). 7. Y.-L. Xu and R. T. Wang, Phys. Rev. E, 58, No. 3: 3931 (1998).

Квазистабильные кластеры нанопузырьков растворённого газа в воде и водных растворах электролитов

Institution

Ähnliche Einträge