Механизм сонолюминесценции
-
Сонолюминесценция
- Явление, возникающее при схлопывании газового пузырька в жидком растворе на ультразвуковых частотах.
- Тепловая энергия при схлопывании вызывает слабое излучение света.
- Механизм излучения света остается неясным, но теории включают тепловые и электрические процессы.
-
Современные теории
- До 1990-х годов исследования проводились с использованием многопузырьковой сонолюминесценции (MBSL).
- SBSL позволяет изучать влияние различных параметров на одиночный пузырь.
- Теории SBSL включают электрические и тепловые процессы.
-
Однокапочечная сонолюминесценция (SBSL)
- SBSL излучает больше света и позволяет проводить точные исследования.
- Теории SBSL объясняют излучение фотонов высокими температурами в пузырьке.
- Тепловыделение связано с различными процессами, включая молекулярную рекомбинацию и излучение.
-
Многопузырьковая сонолюминесценция (MBSL)
- MBSL создает множество колеблющихся и схлопывающихся пузырьков.
- Излучение света от каждого пузырька слабее, чем в SBSL.
- MBSL затрудняет точные исследования и характеристику свойств пузырька.
-
Внутренняя часть пузыря
- Измерения внутренней части пузырька проводятся косвенно с использованием моделей.
- Температура внутри пузырька может достигать 20 000 К.
- Водяной пар ограничивает температуру, средняя температура над пузырьком не выше 10 000 К.
-
Динамика пузырьков
- Уравнения Келлера–Миксиса, Просперетти и Флинна описывают движение пузырьков.
- Уравнение Рэлея–Плессе основано на работе Рэлея и Плессе.
-
Поверхность пузыря
- Поверхность пузырька служит пограничным слоем между жидкой и паровой фазами.
-
Поколение и коллапс пузырьков
- MBSL наблюдался в различных растворах, но SBSL легче изучать.
- SBSL поддерживается в стоячей акустической волне, что позволяет создавать пузырьки различными методами.
- Коллапс пузырька происходит при увеличении давления акустической волны.
-
Последующие прыжки
- Сжатый пузырь расширяется и испытывает эффект уменьшения.
- Пузырь продолжает занимать пространство благодаря акустическому излучению и выталкивающей силе.
-
Влияние химических веществ на скорость схлопывания пузырьков
- Нелетучие жидкости, такие как серная и фосфорная кислоты, вызывают вспышки света при меньшей скорости движения стенок пузырьков.
- Интенсивность излучения в несколько тысяч раз выше, чем в водных растворах.
-
Поверхностное натяжение и излучение света
- Разница в поверхностном натяжении между соединениями влияет на спектры и временные масштабы излучения.
- Ионизация инертного газа в пузырьке создает высокие давления и температуры, вызывая тепловое тормозное излучение.
- Поверхностное излучение испускает более интенсивную вспышку света с большей продолжительностью.
-
Электрические процессы
- В 1937 году объяснения светового излучения основывались на электрических разрядах.
- Разделение зарядов в пузырьках рассматривалось как сферические конденсаторы.
- Теории разряда предполагают асимметричный коллапс пузырька для излучения света.
-
Тепловые процессы
- Коллапс пузырька происходит в течение микросекунд, что приводит к адиабатическому коллапсу.
- Внутренняя температура пузырька достигает 10 000 К при сжатии сферически симметричного пузырька.
- В 1990-х годах температура достигала 5000 К в многопузырьковой сонолюминесценции и 20 000 К при кавитации одиночных пузырьков.
-
Стабильность формы пузырьков
- Предел внешнего размера пузырька определяется нестабильностью формы.
- Пороговые значения стабильности зависят от вязкости жидкости и частоты вращения.
- При низкой частоте водяной пар становится более важным, и пузырьки можно стабилизировать охлаждением жидкости.