Динамічні властивості капілярних систем в присутності поверхнево-активних речовин - Автореферат

Дослідження динамічних властивостей рідких поверхонь важливі також з точки зору фундаментальної науки, оскільки дозволяють отримати інформацію про стан та взаємодію молекул на поверхнях та механізми релаксаційних процесів, що відбуваються під час деформації поверхонь. Ці два методи виявилися найбільш придатними для досліджень у діапазоні часів релаксації від 1 до 0.01 с, який є особливо важливим з точки зору динаміки адсорбції ПАР, і в якому інші методи не дають надійних результатів. Робота виконана в межах міжнародних наукових проектів, держбюджетних наукових тем НАН України, завдань держбюджетних науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України: “Dynamics of Adsorption at Moving Liquid Interfaces” (Динаміка адсорбції на поверхнях рідини в умовах руху) (1996-1997 рр., INTAS Project 93-2463-ext), ”Oscillating bubble tensiometer” (Тензіометр з осцилюючою бульбашкою) (1997-1999 рр., INCO - COPERNICUS project ERB-ICI5-CT96-0809), “Фізико-хімічна електро-гідродинаміка колоїдів та мембран: нестаціонарні, нелінійні та колективні ефекти” (1999-2001 рр., номер держреєстрації 0100V002367), “Електрогідродинамічна нестабільність та структура нанесених моношарів у процесі ленгмюрівського змочування” (2000-2001 рр., номер держреєстрації 0203V008336), “Фізико-хімічна електро-гідродинаміка колоїдів та мембран: удосконалення теорії врахуванням властивостей реальних поверхонь” (2002-2004 рр., номер держреєстрації 0102V007057), “Утворення наноструктурованих багатошарових систем” (2004-2005 рр., номер держреєстрації 0104V008829), “Фізико-хімічна гідродинаміка мікрообємів рідини (мікрофлуідіка) та її застосування до дисперсних систем та тонких плівок” (2005-2007 рр., номер держреєстрації 0105V001544). Встановити домінуючі гідродинамічні та фізико-хімічні процеси, що визначають динаміку капілярних систем на прикладі процесів швидкого утворення та осциляцій бульбашок на тонких капілярах у розчинах ПАР, розтягування рідких плівок, ефекту акумуляції ПАР у верхньому шарі стаціонарної динамічної піни та процесу перенесення Ленгмюрівських моношарів. Методи дослідження - формулювання фізичних моделей, що враховують рівноважні характеристики та динаміку адсорбції ПАР та їх вплив на процеси механічної релаксації в прилеглих до поверхонь середовищах, формулювання відповідних математичних моделей на базі рівнянь фізико-хімічної гідродинаміки, що доповнюються необхідними крайовими та початковими умовами, оцінка та визначення найбільш впливових факторів залежно від умов експерименту, проведення чисельних розрахунків динаміки системи в залежності від характеру зовнішньої дії, проведення експериментальних досліджень динамічної поведінки модельних систем з метою перевірки теоретичних висновків.Робота може бути умовно розділена на три частини: дослідження динаміки процесів у системах з осцилюючими чи зростаючими бульбашками; дослідження дилатаційної пружності поверхонь розчинів ПАР; дослідження особливостей динаміки більш складних систем - вільних плівок рідини, стабілізованих за допомогою ПАР, змочуючих плівок, що утворюються під час перенесення Ленгмюрівських моношарів, та пін. Вплив стисливості газу в капілярі може бути проаналізований за допомогою рівняння неперервності, яке може бути приведене до вигляду У більшості робіт, де досліджувався процес утворення бульбашок у рідині на виході з капіляра або отвору, вплив стисливості газу не враховується і вважається, що зростання бульбашки контролюється лише прискоренням рідини. При малій швидкості подачі газу швидкість зростання бульбашки визначається часом відновлення тиску в резервуарі або характерним часом адсорбції ПАР, завдяки якій знижується барєр максимального тиску в бульбашці. Встановлено, що для достатньо коротких широких гідрофільних капілярів (мкм) проникнення розчину в капіляр є незначним, в той час, як для довгих вузьких капілярів проникнення розчину в капіляр може призводити до суттєвих помилок у вимірюваннях динамічного поверхневого натягу.У дисертації проведено теоретичне узагальнення закономірностей динамічної поведінки капілярних систем у присутності поверхнево-активних речовин в умовах одночасно протікаючих процесів механічної й фізико-хімічної релаксації. На підставі цього запропоновано новий підхід до вирішення проблеми знаходження динамічних властивостей рідких поверхонь в діапазоні середніх та малих часів їх існування за реакцією системи на швидкі механічні збурення, який полягає в дослідженні нестаціонарних гідродинамічних процесів у прилеглих до поверхонь середовищах, з урахуванням законів збереження компонентів у нерівноважних умовах, та у визначенні ступеня впливу на динаміку системи різних процесів у залежності від характеристичного часу релаксації кожного з них. Запропоновано теорію швидких режимів формування бульбашок на тонких капілярах у рідині або розчині ПАР та проведено дослідження впливу умов експерименту на режими формування бульбашок. Установлено, що найбільш важливими гідродинамічними та аеродинамічними ефектами, які впливають на формування бульб

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ