Діелектричний підхід до опису взаємодії малих частинок в розчині електроліту та під дією електромагнітного випромінювання - Автореферат

Було розглянуто систему, що складається з малих кульових частинок, поміщених в розчин електроліту (рис. Загальний потенціал, створюваний ансамблем МЧ в такій системі, прийнято у вигляді суми потенціалів кожної частинки: , (4) де - невідомий коефіцієнт розкладів потенціалів, - модифіковані функції Бесселя третього роду [2*], , де (, ) - нормовані сферичні функції, а штрих біля суми означає нехтування доданком з індексом . Всі змінні зведені до одного центру, можна знайти похідні по радіальній координаті безпосередньо з (6) та обчислити її значення на поверхні - тої частинки. Для визначення іон-електростатичної складової парної взаємодії МЧ за умови, що кожній з частинок відповідають постійні значення поверхневих потенціалів , одержано рівняння: ,(9) де , - параметри, що описують ефективність екранування поверхні МЧ іншою частинкою із зміною розмірів самих частинок та відстані між ними, відповідно. Для знаходження молекулярної складової взаємодії однакових МЧ, близько розташованих одна до одної, тобто за умови, що і , отримали вираз: , (11) де - стала Планка, , , та - діелектричні функції від частоти при частинок та розчину електроліту відповідно.Досліджено взаємодію малих частинок кульової форми в розчині електроліту. Одержано вирази для розрахунку іон-електростатичної та молекулярної складових поверхневих сил, які дали змогу визначити повну енергію парної взаємодії довільного числа частинок. Розроблено ефективний теоретичний метод розвязку задачі взаємодії малих частинок із урахуванням перерозподілу потенціалів на їх поверхні. Одержано частотні залежності дійсної та уявної частин ефективної діелектричної проникності дисперсних систем з такими включеннями, які вказують на існування можливості контролю не тільки за положеннями резонансних частот в досить широкому частотному інтервалі, а також - величиною самих екстремумів. Показано, що в дисперсних системах з двошаровими кульовими включеннями (діелектричне ядро - напівпровідникова оболонка) має місце релаксація дебаївського типу з двома екстремумами уявної частини, які суттєво рознесені в частотному діапазоні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. Досліджено взаємодію малих частинок кульової форми в розчині електроліту. Одержано вирази для розрахунку іон-електростатичної та молекулярної складових поверхневих сил, які дали змогу визначити повну енергію парної взаємодії довільного числа частинок. Розроблено ефективний теоретичний метод розвязку задачі взаємодії малих частинок із урахуванням перерозподілу потенціалів на їх поверхні. При розрахунках було встановлено, що такий перерозподіл послаблює відштовхування шарів (з однойменними зарядами) та знижує в них локальне поле. При незначній модифікації алгоритму виявляється можливим урахувати шарувату (неоднорідну) структуру частинок.

2. Розраховано поляризованість двошарової малої частинки (діелектричне ядро - напівпровідникова оболонка), поміщеної в електричне поле, яке гармонічно змінюється у часі. Одержано частотні залежності дійсної та уявної частин ефективної діелектричної проникності дисперсних систем з такими включеннями, які вказують на існування можливості контролю не тільки за положеннями резонансних частот в досить широкому частотному інтервалі, а також ? величиною самих екстремумів.

3. Показано, що в дисперсних системах з двошаровими кульовими включеннями (діелектричне ядро - напівпровідникова оболонка) має місце релаксація дебаївського типу з двома екстремумами уявної частини, які суттєво рознесені в частотному діапазоні. Така релаксація обумовлена наявністю в напівпровідниковій оболонці дрейфу носіїв зарядів (електронів і дірок).

4. В електростатичному наближенні для випадку металевого еліпсоїда обертання досліджено зміну частот поверхневих плазмонів еліпсоїда обертання з врахуванням діелектричних проникностей системи (еліпсоїда обертання і середовища). Показано, що частоти поверхневих плазмонів залежать від параметру ( - діелектрична проникність середовища, - діелектрична проникність еліпсоїда), із зменшенням якого вони зростають. Одержано вираз, що дозволяє визначати поверхневі електромагнітні моди еліпсоїда обертання, на яких буде відбуватися поглинання електромагнітного випромінювання.

5. Досліджено вплив аерозольних малих частинок на сферичне альбедо Землі. Шляхом чисельного моделювання встановлено, що найбільш ефективно відбивають падаюче електромагнітне випромінювання частинки з , зменшуючи, таким чином, інтенсивність сонячної радіації. Показано, що величина сферичного альбедо Землі залежить від довжини хвилі падаючого електромагнітного випромінювання, уявної частини показника заломлення та розмірів аерозольних частинок. З метою оцінки цих параметрів розроблено чисельно-аналітичну методику розрахунку взаємодії падаючого потоку електромагнітного випромінювання з плоскопаралельним шаром аерозольно-дисперсного середовища.

1*. Дерягин Б.В. Поверхностные силы / Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. - М.: Наука, 1985. - 400 с.

2*. Борен К. Поглощение и рассеяние света малыми частицами / К. Борен, Д. Хафмен - М.: Мир, 1986. - 660 с.

3*. Варшалович Д.А. Квантовая теория угловых моментов. / Варшалович Д.А., Москалев А.Н., Херсонс В.К. - M.: Наука, 1975. - 457 с.

4*. Роль структурной составляющей энергии взаимодействия частиц в устойчивости водных дисперсий кристаллического кварца в кислой области РН / Е.М. Голиков, Ю.М. Чернобережский, О.М. Иогансон [и др.] // Коллоидный журнал. - 2003. - T. 65. - № 4. - С. 460-467.

5*. Moussiax A. Surface plasmon oscilators for different geometrical shapes / A. Moussiax, A. Ronveaux, A. Lucas [et. al.] // Can. J. Phys. - 1977. - Vol. 55. - Р. 1423 - 1433.

6*. Амбарцумян В.А. Научные труды. / В.А. Амбарцумян. - Ереван: Изд. АН Арм ССР, 1960. - Т. 1. - 430 с.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Ион-электростатическая составляющая поверхностных сил при взаимодействии частиц в электролите /Л.Г. Гречко, Е.Ю. Грищук, Л.Б. Лерман, О.Я. Покотило // Химия, физика и технология поверхности: межвед. сб. науч. тр. / Ин-т химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины ; под ред.. П.П. Горбика. ? К. : Наукова думка, 2006.-Вып. № 11-12.-С. 41-52.

Здобувачем розвинуто новий аналітичний метод розвязку задачі взаємодії малих кульових частинок в електроліті при заданих розподілах поверхневих потенціалів на них та одержано вираз для знаходження іон-електростатичної складової поверхневих сил.

Максвелл-Вагнеровська поляризація матричних дисперсних систем з кульовими напівпровідниковими включеннями в електричному полі / Ю.С. Гончарук, Л.Г. Гречко, О.Ю. Грищук, Л.Б. Лерман, С.В. Шостак // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія: Фізико-математичні науки. ? 2006. ? Вип. № 2. - С. 376-384.

Здобувачем одержано вираз для розрахунку поляризованості двошарової кульової малої частинки (діелектричне ядро - напівпровідникова оболонка), поміщеної в зовнішнє електричне поле.

Поляризація матричних дисперсних систем з кульовими напівпровідниковими включеннями в електричному полі (чисельні результати) / Л.Г. Гречко, Л.Б. Лерман, Ю.С. Гончарук, О.Ю. Грищук, Д.Л. Водопянов // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія: Фізико-математичні науки. ? 2006. ? № 3. ? С. 451-456.

Здобувачем одержано чисельні результати розрахунків частотної залежності дійсної та уявної частин ефективної діелектричної проникності матрично-дисперсних систем для двошарових кульових малих частинок.

Розрахунок енергії взаємодії малих частинок в розчинах електролітів / Л.Г. Гречко, О.Ю. Грищук, В.Є. Клименко, Л.Б. Лерман // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія: Фізико-математичні науки. ? 2007. ? № 4. ? С. 423-429.

Здобувачем одержано вираз для знаходження дисперсійної складової енергії парної взаємодії двох кульових малих частинок в розчині електроліту і проаналізовано її вплив на повну енергію взаємодії двох кульових малих частинок та стійкість системи.

Горшков В.Н. Поверхностные возбуждения сфероида. Общий случай / В.Н. Горшков, Л.Г. Гречко, Е.Ю. Грищук // Химия, физика и технология поверхности : межвед. сб. науч. тр. / Ин-т химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины ; под ред. Н.Т. Картеля. ? К.: 2008. ? Вып. 14. ? С. 67-72.

Здобувачем одержано вираз для розрахунку частот поверхневих мод металевого еліпсоїда обертання у загальному випадку і показано, що їх значення залежать від діелектричних характеристик системи.

Гречко Л.Г. Перенос электромагнитного излучения в аэрозольно-дисперсных средах / Л.Г. Гречко, Е.Ю. Грищук, А.М. Завалов // Химия, физика и технология поверхности : меж вед. сб. науч. тр. / Ин-т химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины ; под ред.. Н.Т. Картеля. ? К.: 2008. ? Вып. 14. ? С. 108-114.

Здобувачем одержано результати кутового розподілу питомої інтенсивності відбитого ЕМВ для плоскопаралельного шару аерозольних малих частинок з різними залежностями показника заломлення від довжин хвиль падаючого випромінювання.

Surface plasmons in assemblies of small particles / A.P. Shpak, L.G. Grechko, E.Yu. Grischuk, L.B. Lerman [et al.] // Nanomaterials and Supramolecular Structures. Physics, chemistry and applications [in A.P. Shpak, P.P. Gorbyk ed.] ? - Netherlands: Springer, 2009. ? Р. 3-23.

Здобувачем проведено аналіз впливу діелектричних характеристик системи на електродинамічний відгук системи сферичних частинок та металевого еліпсоїда обертання.

Грищук О.Ю. Поверхневі плазмони в двошаровій біметалевій малій частинці (МЧ) / О.Ю. Грищук // Всеукраїнська конференція з міжнародною участю, присвячена 90-річчю НАН України «Хімія, фізика та технологія поверхні наноматеріалів» : зб. наук. праць за матеріалами конф., Київ, 28-30 травня 2008. ? К., 2008. ? С. 134-135.

Гречко Л.Г. Поглинання електромагнітного випромінювання наноструктурними системами / Л.Г. Гречко, О.Ю. Грищук, Л.Ю. Куницька // Міжнародна конференція „Наноструктурні системи: технології-структура-властивості-застосування (НСС-2008)”, Ужгород „Водограй”, 13-16 жовтня 2008. - С. 26.

Перенос электромагнитного излучения в верхних слоях атмосферы / Л.Г. Гречко, Е.Ю. Грищук, А.М. Завалов, Т.В. Скоробогатый // Всеукраїнська конференція за участю іноземних учених «Хімія, фізика та технологія модифікування поверхні» : зб. наук. праць за матеріалами конф., Київ-2009. К., 2009. ? С. 85-86.

Grechko L.G. Surface excitations of spheroid; general case / L.G. Grechko, Е.Yu. Grischuk, S.V. Stetsenko // Всеукраїнська конференція за участю іноземних учених «Хімія, фізика та технологія модифікування поверхні»: зб. наук. праць за матеріалами конф., Київ-2009. К., 2009. ? С. 95-97.

Grechko L.G. Surface excitations of spheroid / L.G. Grechko, Е.Yu. Grischuk, N.G. Shkoda // XIX International School-Seminar "Spectroscopy of Molecules and crystals" devoted to the 175th Anniversary of Kyiv Taras Shevchenko University. Abstracts. Beregove, Crimea, Ukraine 20.09-27.09.2009, Р. 230-231.