基于动态激光散斑方法的纳米流体中纳米颗粒状态和行为的光学表征

本项目研究纳米流体中纳米颗粒的运动状态、光学性质。拟采用激光散斑测试技术来对流体中纳米颗粒的状态进行动态测试和显示,采用统计光学研究流体中纳米颗粒的光散射性质,揭示流体中纳米颗粒的运动规律和光学性质。该研究对于认识纳米流体和纳米液体的力学和热学等物理性质有重要的理论和实验意义。.分析纳米流体中纳米颗粒的光散射特性，弄清纳米流体中激光散斑的产生机制。采用激光散斑测试技术来检测纳米流体中纳米颗粒的运动状态。解决纳米流体中纳米颗粒的运动状态的动态检测技术问题，对激光散斑法进行技术改进，结合高速CCD记录系统，获取纳米流体中纳米颗粒运动散斑图像。对获得的斑纹图像进行特征提取及影响因素分析，进行纳米流体粒子动态散射斑纹图像相关性研究。通过纳米颗粒的激光散斑图样获取纳米流体的纳米颗粒的运动速度，纳米颗粒的统计分布，纳米颗粒的透射特性，纳米颗粒的聚集状态行为，进而研究纳米流体中纳米颗粒的尺寸效应。

项目主要研究了纳米流体中纳米颗粒的光散射性质，采用光学检测方法，设计和建立了纳米流体运动状态测试系统，对流体中纳米颗粒的运动状态进行动态测试和实时显示。.基于瑞利散射理论，对TEM00激光照射纳米流体形成散斑进行了数值模拟研究，并对数值模拟结果进行了实验验证，实验表明激光照射纳米流体时散斑能够形成。对激光照射纳米流体所产生的散斑场特征进行分析，发现其符合正态散斑特征。进而采用正态散斑场的统计规律对激光照射纳米流体产生的动态散斑进行分析研究。提出利用散斑场的动态规律和激光散斑测速的相关规律来测量纳米流体内纳米颗粒的速度，找到了散斑图移动和纳米颗粒运动的对应关系。基于激光散斑法，采用互相关法和过零法对纳米流体中纳米颗粒的速度进行测量。利用互相关法得到了反映纳米颗粒运动的散斑的二维矢量图。采取激光散斑过零法研究了定向运动的纳米流体内的纳米颗粒的运动，根据对动态散斑光强的曲线过零率的相应公式，得到了纳米流体内纳米颗粒的速度。采用这种激光散斑过零法方法实现了对纳米流体内纳米颗粒速度的瞬态测量，而且该测试方法不受相关时间的限制。为了同时对纳米流体内纳米颗粒的速度的大小和方向进行测量，我们提出了类TEM10激光照射纳米流体的激光散斑过零法对纳米流体内纳米颗粒的速度，实现了对纳米流体内纳米颗粒的速度的大小和方向同时测量。.建立了激光散斑衬比度技术测速的统计理论，提出了基于激光散斑衬比度技术的测速方法，设计了相应纳米流体运动状态测试系统并进行了实验验证。.项目研究成果对揭示流体中纳米颗粒的运动规律，以及纳米流体的功能特性进一步研究有重要意义。