Бесконтактная диагностика жидкостей и их слоев на основе термокапиллярного эффекта, индуцированного пучком лазера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат физико-математических наук Тарасов, Олег Александрович

• Тарасов, Олег Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Тарасов, Олег Александрович

Список используемых сокращений и обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Классификация типов конвекции.

1.2. Классические капиллярные эффекты.

1.3. Влияние термогравитационного механизма на термокапиллярную конвекцию.

1.4. Нестационарная термокапиллярная конвекция.

1.5. Термокапиллярная конвекция при неоднородном нагреве.

1.6. Фотоиндуцированная термокапиллярная конвекция.

1.7. Механизм фотоиндуцированной термокапиллярной конвекции.

1.8. Поле скоростей термокапиллярного вихря.

1.9. ТК отклик и его связь с профилем ТК углубления.

1.10. Зависимость ТК отклика от характеристик жидкости и параметров ее слоя.

1.11. Капиллярная конвекция в современных наукоемких технологиях.

1.12. Роль капиллярной конвекции в космическом материаловедении.

ГЛАВА И.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОГО УГЛУБЛЕНИЯ В ЖИДКОМ СЛОЕ НА БЕСКОНЕЧНО ПРОТЯЖЕННОЙ ПОДЛОЖКЕ.

2.1. Экспериментальная установка и методика эксперимента.

2.2. Причины, приводящие к погрешности измерения диаметра отклика.59 ■I 2.3. Зависимость диаметра отклика от толщины слоя жидкости.

2.4. Зависимость диаметра отклика от мощности лазерного пучка.

2.5. Связь критической толщины с мощностью лазерного пучка.

2.6. Связь критической толщины с вязкостью жидкости.

2.7. Вид ТК отклика при капиллярном разрыве жидкого слоя.

2.8. Зависимость диаметра отклика от положения экрана по отношению к слою.

2.9. Расчет фокусного расстояния ТК углубления.

2.10. Зависимость фокусного расстояния ТК зеркала от толщины слоя и мощности индуцирующего пучка.

2.11. Зависимость горизонтального размера ТК углубления от толщины слоя и мощности индуцирующего пучка.

2.12. Метод бесконтактного измерения толщины оптически прозрачного слоя жидкости.

2.13. Сравнение нового метода измерения толщины с известными методами.

Выводы.

ГЛАВА III.

АДДИТИВНОСТЬ ДИНАМИЧЕСКОЙ КРИВИЗНЫ ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОГО УГЛУБЛЕНИЯ

И СТАТИЧЕСКОЙ КРИВИЗНЫ ЖИДКОГО МЕНИСКА.

3.1. Кривизна межфазной поверхности жидкость/газ.

3.2. Аддитивность динамической и статической кривизны свободной поверхности жидкости.

3.3. Экспериментальная установка.

3.4. Влияние статической кривизны поверхности жидкости на диаметры отклика для ограниченного и неограниченного по горизонтали слоя.

3.5. Оценка радиусов кривизны свободной поверхности для ограниченного и неограниченного слоя.

3.6. Доказательство аддитивности статической и динамической кривизны.

3.7. Контроль плоскостности свободной поверхности жидкости.

3.8. Сравнение предложенного метода контроля плоскостности с известными методами.

Выводы.

ГЛАВА IV.

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ МЕТОД НАКЛОННОЙ

ПЛАСТИНКИ ИЗМЕРЕНИЯ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ.

4.1. Методы измерения краевого угла смачивания.

4.2. Анализ поведения мениска у пластинки при различных способах ее наклона.

4.3. Экспериментальная установка и методика эксперимента.

4.4. Результаты и их обсуждение.

4.5. Влияние поля скоростей ТК вихря на результат измерения краевого угла смачивания.

4.6. Рекомендации к применению усовершенствованного метода наклонной пластинки.

Выводы.

ГЛАВА V.

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПОДЛОЖКИ В ВИДЕ ПРЯМОУГОЛЬНОГО БРУСКА НА ДИНАМИЧЕСКУЮ КРИВИЗНУ

ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОГО УГЛУБЛЕНИЯ.

5.1. Экспериментальная установка и методика эксперимента.

5.2. Критерии выбора размеров подложки-бруска.

5.3. Зависимость формы ТК отклика от толщины жидкого слоя на подложке-бруске.

5.4. Зависимость формы отклика от расстояния между экраном и слоем

5.5. Зависимость фокусных расстояний ТК углубления от толщины слоя жидкости на подложке-бруске.

5.6. Влияние на форму отклика ширины подложки, вязкости жидкости и мощности пучка.

5.7. Влияние эллиптичности индуцирующего пучка на форму отклика в случае слоя на подложке-пластине и подложке-бруске.

5.8. Сравнение диаметров отклика в случае слоя на подложке-пластине и подложке-бруске.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Бесконтактная диагностика жидкостей и их слоев на основе термокапиллярного эффекта, индуцированного пучком лазера»

Актуальность темы. В последние годы заметно возрос интерес к капиллярным эффектам, возникающим при действии интенсивных пучков света на жидкости. Это объясняется тем, что световые пучки позволяют получать температурные градиенты, обычно недостижимые при кондуктивном подводе тепла, и тем, что индуцированные ими тепловые источники в веществе создаются практически мгновенно и бесконтактно. Используя оптические системы фокусировки, модуляции и отклонения пучка можно создавать в любой области жидкости сколь угодно мощный источник тепла, которым легко управлять.

К настоящему моменту имеется большое число теоретических и экспериментальных работ, посвященных изучению теплового действия излучения на жидкости, которые можно условно разделить на три группы:

• капиллярно-конвективные процессы в ванне расплава металлов и полупроводников, где Рг < 1 [1 -20],

• термокапиллярные (ТК) процессы в слоях органических жидкостей, где Pr > 1, а направления градиентов температуры и поверхностного натяжения (ПН) противоположны [21 - 74],

• концентрационнокапиллярная (КК) конвекция в тонких пленках [21,22, 36,75- 108], где также Pr > 1, но направления указанных градиентов одинаковы.

Наибольшее число работ первой группы посвящено лазерной обработке материалов, которая включают в себя такие процессы как сварка [3-9], резка металлов и диэлектриков [4,10,11], наплавка [4,12], поверхностное легирование [13 - 15], изменение структуры и свойств в зонах облучения [16 -20]. Это в основном капиллярно-конвективные процессы в ванне расплава, которые характеризуются малыми числами Рг и "ряби" [109], Сг, и малым капиллярным числом [110], Са, что позволяет считать свободную поверхность расплава плоской. Из-за высокого коэффициента диэлектрической проницаемости металлов и полупроводников поглощение света происходит в слое толщиной порядка 1 мкм, т.е. генерируемые излучением источники тепла находятся практически на поверхности. Существенно и то, что ванна расплава всегда ограничена по глубине и ширине твердыми границами. Поскольку направление течений в ванне расплава определяется балансом ТК и КК сил, ее профиль очень чувствителен к наличию положительно тензоактивных веществ (+ТАВ) [14,21,22] в расплаве. Если при чисто ТК механизме конвекции формируется достаточно широкая ванна расплава с углублением в центре, то в присутствии +ТАВ аспект-отношение [23] AR = hiL ванны стремится к 1, а в ее центре образуется выпуклость [14].

Вторая группа работ посвящена изучению ТК конвекции, индуцированной тепловым действием лазерного излучения в органических жидкостях [21 — 74]. Ведутся модельные исследования этого явления [21-62], и предложен ряд практических его применений [63 - 74]. Здесь геометрические размеры зеркала жидкости и глубину ее слоя можно изменять, задавая аспект-отношение слоя в пределах 0.001-0.1. Так как для органических жидкостей Рг « 10, то наблюдается сильная зависимость скорости конвективных течений от вязкости [21,33]. Заметное значение числа Са, обусловленное тем, что поверхностное натяжение органических жидкостей на порядок меньше чем расплавов металлов и полупроводников [111 - 116], говорит о возможности деформации свободной поверхности под действием капиллярной конвекции [21,26,31,33, 34,36,37]. Источники тепла создаются в объеме жидкости и/или на поверхности подложки поглощающей излучение, на которой покоится жидкий слой [21-74].

Ценная особенность этого типа ТК конвекции состоит в наличие ТК отклика - интерференционной картины, возникающей при отражении части индуцирующего конвекцию лазерного пучка от деформированной капиллярными течениями поверхности жидкости. Из геометрии отклика можно извлечь информацию как о свойствах жидкости (вязкость [60,62,64,65], температуропроводность [63]), так и о параметрах ее слоя (толщина [48, 51, 56, 60, 62, 66, 71], кривизна свободной поверхности [38, 40, 42, 44, 59, 60, 68]), что важно для нефтеперерабатывающей и лакокрасочной промышленности [117], а также для жидкостных космических технологий [118 - 122]. Ведутся работы по использованию свойств ТК углубления в микро- и оптоэлектронной промышленности [57,58,60 — 62,67], адаптивной оптике [57,58] и при обработке поверхности магнитных дисков [18 -20]. В частности, разработаны зеркала-трансформаторы распределения интенсивности в пучке лазера [60 — 62,67] и прецизионные измерители мощности лазерного излучения, нечувствительные к фоновой засветке [61, 62, 69, 74].

Третья группа работ связана с исследованием нового явления - КК конвекции, управляемой тепловым действием света, открытого в 1975 г. Б.А. Безуглым [21]. Доминирующую роль здесь играет испарение легколетучего растворителя положительно тензоактивной примеси [21,22]. Развитие КК конвекции всегда начинается с ТК стадии [21, рис. 6.1]. Поскольку в присутствии +ТАВ температурный и концентрационный градиенты поверхностного натяжения (ПН) имеют противоположные знаки, то ТК и КК механизмы конвекции являются конкурирующими. Если выполняется условие (j'c grad С > CTjr gradT, то преобладает КК механизм. При развитии последнего в пучке света может образовываться обособленная "аномальная" капля [21,22,59,61,78,82,89,95 - 100]. Свое название капля получила благодаря следующим необычным свойствам: самоцентрирование в область максимальной интенсивности пучка; следование за ним; и эффект дыхания, состоящий в изменении объема и формы капли в зависимости от интенсивности пучка [21, 22, 78, 82].

В этом направлении получены убедительные результаты по разделению веществ в замкнутых объемах [61,79-81, 102], предложен способ измерения массы растворенного вещества и устройство для его осуществления [108], разработан новый способ получения изображения - термотензография [83 - 87,

104, 105] и создан ряд фоточувствительных материалов для этого способа [106, 107], предложен новый принцип тепловых трубок [21, 103]. Уникальные свойства аномальной капли использованы для создания адаптивного оптического элемента для микро- и оптоэлектроники [59, 61, 95 — 100]. Размеры аномальной капли (0.1-1.5 мм) значительно меньше размеров других адаптивных оптических элементов [123 - 125], а ее фокусное расстояние можно изменять почти в 10 раз [97- 100]. Следует подчеркнуть, что способность оптического элемента отслеживать световой пучок и самоцентрироваться в него расширяет определение адаптивной оптики, которую до этого понимали только как технику для коррекции искажений волнового фронта в реальном времени [123, 126].

Ведутся исследования со сверхустойчивыми капиллярными системами, с целью обнаружения капиллярного аналога частоты Брента-Вейселя [127], и использования его для контроля загрязнения воды органическими примесями [128- 130].

В отдельную подгруппу следует выделить концентрационно-капиллярные процессы в жидкостных космических технологиях. Три уникальные условия космоса*, полностью совпадающие с условиями возникновения явления фото-индуцированной КК конвекции (рис. 1), предвещают эру новых жидкостных технологий с эффективным использованием солнечной энергии.

Так например, явление ТК миграции пузырьков нашло применение в космическом стекловарении при очистке стекла от пузырьков газа [131, 132]. ТК конвекцию, индуцированную тепловым действием света, предложено использовать для борьбы с ТК натеканием при выращивании кристаллов [118,133- 137]. Фотоиндуцированная КК конвекция дает возможность управлять потоками жидкости в замкнутых объемах с прозрачными для

Есть и четвертое условие: низкая температура теневой (неосвещенной Солнцем) стороны тела, обеспечивает эффективный излучательный отвод тепла, что позволяет создать большой перепад ПН.

ФОТОИНДУ ЦИРОВАННАЯ КК КОНВЕКЦИЯ

КОСМИЧЕСКИЕ ОКРУЖАЮЩИЕ УСЛОВИЯ течение, вызываемое ГРАДИЕНТОМ ПН,

МИКРОГРАВИТАЦИЯ т.е. доминирование поверхностных сил; который создается за счет ИСПАРЕНИЯ,

ВЫСОКИИ ВАКУУМ увеличивает скорость испарения; индуцированного тепловым действием СВЕТА

СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ -источник дешевой энергии

Рис. 1. Формула нового явления в сопоставлении с условиями космоса [54]. излучения стенками, и может быть использована для создания микродозатора для жидкостных космических технологий [54].

В настоящей работе изучена возможность применения ТК конвекции, индуцированной пучком лазера, для диагностики жидкостей и их слоев.

Первые публикации, посвященные исследованию фотоиндуцированной термокапиллярной (ТК) конвекции, появились два десятилетия назад [21,24-32], но, к сожалению, ни в них, ни в последующих работах [33 - 37, 39], не были раскрыты ценные для химической технологии и физико-химических методов анализа свойства этого явления:

1) Индуцирующий пучок лазера, отраженный от деформированной ТК вихрем свободной поверхности жидкости, несет обширную информацию о протекающих конвективных процессах. Это позволяет определять ряд физико-химических характеристик жидкости, параметров ее слоя и подложки;

2) Вид получаемой информации - ТК отклик, представляющий собой интерференционную картину, которая легко поддается автоматизированной обработке;

3) Высокая чувствительность ТК отклика к характеристикам жидкости и параметрам ее слоя;

4) Возможность бесконтактного формирования конвективного вихря в замкнутом объеме, которая позволяет исследовать токсичные, агрессивные, радиоактивные, и находящиеся в экстремальных физических условиях жидкости. Достаточно обеспечить оптический доступ к слою жидкости через прозрачное окно;

Кроме того, ТК течения, вызываемые источниками света, могут проявляться в микромасштабе, поэтому этот тип конвекции перспективен для использования в микрофлуидике [55, 138] и комбинаторной химии [139, 140].

В ходе данного исследования разработан ряд новых методов лазерной диагностики жидкостей, которые используют вышеперечисленные свойства ТК отклика. Показано, что из геометрии отклика можно извлечь информацию о таких параметрах слоя жидкости как его толщина, и кривизна свободной поверхности, что важно для нефтеперерабатывающей и лакокрасочной промышленности, а также для жидкостных космических технологий. Зависимость формы ТК отклика от величины и знака статической кривизны свободной поверхности применена для усовершенствования метода наклонной пластинки измерения краевого угла смачивания, который может быть использован при создании прецизионного прибора для физико-химического анализа. Предложено использовать оптические свойства ТК углубления в микро- и оптоэлектрон-ной промышленности и в адаптивной оптике. В частности, разработано зеркало-трансформатор распределения интенсивности в пучке лазера.

Цель работы - исследование ТК конвекции, индуцированной лазерным пучком, и разработка на основе этого явления новых методов лазерной диагностики жидкостей и их слоев для физико-химического анализа в лабораториях и на производстве.

Излагаемый в работе материал разбит на пять глав.

В первой главе содержатся феноменологическое описание и физические основы явления ТК конвекции, вызванной тепловым действием лазерного излучения. Приведен критический обзор теоретических и экспериментальных работ по ТК конвекции.

Во второй главе представлены результаты экспериментального исследования оптических свойств ТК углубления в зависимости от мощности индуцирующего пучка и толщины слоя жидкости. Изучено поведение тонких слоев жидкости при их ТК разрыве, и толстых слоев, в которых ТК течение практически не деформирует свободную поверхность жидкости. Полученные результаты использованы для разработки принципиально нового способа измерения толщины тонкого оптически прозрачного слоя жидкости [66].

В третьей главе подтверждено свойство аддитивности статической кривизны жидкого мениска и динамической кривизны ТК углубления. Это свойство использовано для разработки способа контроля плоскостности свободной поверхности жидкости [68].

В четвертой главе описан усовершенствованный метод наклонной пластинки измерения краевых углов смачивания, основанный на высокой чувствительности формы ТК отклика к статической кривизне жидкого мениска [73]. Выполнен анализ поведения мениска при наклоне пластинки с различным по отношению к свободной поверхности положением оси вращения [53].

В пятой главе исследовано влияние формы подложки на динамическую кривизну ТК углубления и на определяемую ей форму отклика. Полученные зависимости могут быть применены для разработки зеркала-трансформатора распределения интенсивности в лазерном пучке [67].

В заключении обобщены выводы диссертационной работы.

Научная новизна состоит в следующем:

1. Проведено комплексное исследование ТК отклика в диапазоне толщин слоя жидкости и мощности пучка, начиная с момента обнаружения деформации свободной поверхности слоя и заканчивая ТК разрывом слоя, в зависимости от физико-химических свойств жидкости.

2. Исследованы размер и форма ТК отклика в зависимости от толщины слоя и мощности индуцирующего конвекцию пучка для жидкостей различных химических классов.

3. Изучено поведение ТК отклика при наличии одномерной статической кривизны свободной поверхности жидкости, возникающей вследствие смачивания двух плоскопараллельных пластинок из разных материалов жидкостями из разных классов.

4. Доказано свойство аддитивности статической кривизны жидкого мениска и динамической кривизны ТК углубления. Продемонстрировано использование этого свойства для усовершенствования метода наклонной пластинки измерения краевого угла смачивания.

5. Впервые проанализировано поведение мениска при наклоне пластинки с различным по отношению к поверхности раздела жидкость/газ положением оси вращения пластинки при различных углах ее смачивания жидкостью.

6. Исследовано влияние подложки в виде вытянутого бруска на динамическую кривизну ТК углубления и форму ТК отклика. Показано, что это влияние можно использовать для определения вязкости жидкости.

7. Изучены оптические свойства центральной части ТК углубления в случаях плоскопараллельного слоя жидкости, одномерного статического мениска жидкости, слоя жидкости на подложке-бруске, а также круглого и эллиптичного сечения индуцирующего пучка.

По существу, разработан новый подход к лазерной диагностике жидкости, основанный на ее поверхностных свойствах, в отличие от традиционной лазерной спектроскопии, где используют зависимость от температуры объемных свойств вещества, рис. 2.

Практическая ценность. Разработан способ измерения толщины тонкого слоя прозрачной жидкости и способ бесконтактного контроля плоскостности свободной поверхности жидкости. Усовершенствован метод наклонной пластинки измерения краевого угла смачивания. Оптические свойства ТК углубления применены при разработке зеркала-трансформатора гауссова светового пучка и способа его изготовления.

ОТРАЖЕНИЕ

ПУЧОК ЛАЗЕРА

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

ПРОПУСКАНИЕ

РЕЛАКСАЦИЯ ВОЗБУЖДЕННОГО СОСТОЯНИЯ

ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, 5Г

XZ

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ, Ър

1Z

ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ, Ър

Изменение Изменение Изменение давления, ЪР показателя объема, 5V

Фото- преломления, Ьп Эффект фотоакустический Фото- термического эффект термолинзовый смещения

Bell, 1880 [1], эффект Boccara et al.,

Tyndall, 1881 [2], Gordon et al. 1979 [5]

Reontgen, 1881 [3] 1964 [4]

Изменение толщины слоя, bh

Фото-термокапиллярный эффект

Bezuglyi, 1977 [6], Da Costa & Calatrony, 1978 [7]

Рис. 2. Классификация основных фототермических эффектов и основанные на них методы лазерной диагностики.

1. Bell A.G. // Am. J. Sci. Vol. 20, p. 305 (1980).

2. Tyndall J. // Proc. Roy. Soc. London, Vol. 31, p. 307 (1881).

3. Reontgen W.G. //Philos. Mag., Vol. 11, p. 308 (1881).

4. Gordon J.P. et. al. // Bull. Am. Phys. Soc. Vol. 9, p. 501 (1964).

5. Boccara A.C. et. al. // Appl. Phys. Lett. Vol. 36, p. 130 (1979).

6. Bezuglyi В .A. // PhD Thesis. MSU. Moscow (1983).

7. Da Costa G., Calatroni J. // Appl. Opt. Vol. 17, No. 15, p. 2381 (1978).

Достоверность полученных результатов основана на тщательной разработке методик экспериментов, и подтверждается их сравнением с данными, полученными другими способами.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментального исследования явления ТК конвекции, индуцированной тепловым действием лазерного излучения.

2. Новые способы диагностики жидкости и их слоев:

• измерение толщины тонкого слоя прозрачной жидкости,

• контроль плоскостности свободной поверхности жидкости,

• измерение краевого угла смачивания.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований обсуждались на научных семинарах лаборатории "Жидкостные микрогравитационные технологии"; доложены на Втором Международном аэрокосмическом конгрессе, Москва, август-сентябрь 1997; Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва, октябрь 1998; Международной конференции "Передовые технологии на пороге XXI века" Москва, октябрь 1998; Первой конференции Международной ассоциации Марангони, Гиссен, Германия, октябрь 2001; XII Международной конференции "Поверхностные силы", Звенигород, июнь-июль 2002; XVI Международной конференции "Химия на межфазных поверхностях", Владимир, май 2003.

По теме диссертации опубликовано 23 работы [40, 42 - 44, 46, 48, 49, 53, 55-58,60-63], из них - 4 статьи в академических журналах, и 3 статьи в других реферируемых журналах. Результаты исследований явились основой четырех изобретений, защищенных патентами РФ [66 - 68, 73].

Проникая вглубь, не следует забывать о поверхности.

Б.А. Безуглый.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Тарасов, Олег Александрович

Выводы

1. Подложка в виде бруска влияет на динамическую кривизну ТК углубления так, что кривизна углубления в направлении поперек подложки становится больше, чем вдоль нее, а само углубление умеет форму лодочки, вытянутой вдоль подложки. Это объясняется более высокими потерями на вязкое трение для ТК течения вдоль бруска. Из-за наличия у углубления двух фокусов, (минимальный из которых отвечает направлению поперек бруска, а максимальный - вдоль), отклик имеет вид эллипса, отношение диаметров которого зависит от расстояния между экраном и слоем. На экране расположенном дальше от слоя, чем указанные фокусы, больший диаметр отклика отвечает направлению поперек бруска.

2. Форма подложки начинает влиять на форму отклика, когда ее ширина становится сравнимой с диаметром ТК вихря. При уменьшении ширины подложки вплоть до диаметра пучка эксцентриситет отклика нелинейно возрастает. Увеличение вязкости жидкости приводит к уменьшению диаметра вихря и форма отклика стремиться к кругу. С уменьшением толщины слоя эксцентриситет отклика уменьшается, что связано с приближением фокусов ТК углубления к слою. Как и для случая подложки-пластины, фокусные расстояния углубления зависят от толщины слоя практически прямо пропорционально.

3. В течение 1 -2 секунд с момента облучения слоя отклик вытягивается в направлении вдоль подложки, что объясняется прохождением фокусов ТК углубления из бесконечности через экран к слою.

4. Если мощность пучка превышает некоторое критическое значение (около 7.6 мВт для бензилового спирта), то эксцентриситет отклика увеличивается, а график зависимости отношения его диаметров от толщины слоя приобретает обратный изгиб, что может быть связано с искажением радиальной симметрии Г-поля на верхней грани подложки. Установлено также, что кривизна углубления в направлении вдоль подложки-бруска меньше, чем при тех же условиях на бесконечно протяженной плоской подложке, несмотря на то, что в первом случае вязкие потери для ТК течения должны быть меньше. Меньшую величину кривизны можно объяснить охлаждением боковых граней бруска конвективным течением холодной жидкости из нижележащих слоев.

5. В случае слоя жидкости на подложке-пластине, эллиптичность сечения индуцирующего пучка приводит к отклонению формы отклика от круглой. В толстых слоях или при малых мощностях пучка, когда ТК течение практически не деформирует поверхность жидкости, отклик вытянут вдоль большего диаметра индуцирующего пучка, а отношение диметров отклика близко к значению отношения диаметров этого пучка. Такая форма отклика объясняется тем, что при нормальном отражении от плоского зеркала жидкости эксцентриситет сечения пучка сохраняется. При уменьшении h или/и при увеличении Р вплоть до ТК разрыва слоя, отклик сначала приближается к кругу, а затем становится вытянутым уже вдоль меньшего диаметра пучка. Изменение направления вытянутости отклика связано с тем, что VT на свободной поверхности в направлении меньшего диаметра пучка больше, и, следовательно, в этом направлении больше кривизна углубления, которая достигает максимума перед разрывом слоя.

6. Оптические свойства ТК углубления на подложке бруске можно использовать для преобразования пучка круглого сечения в эллиптичный и, наоборот. Это может найти применение в лазерных технологических установках для резки материалов и получения фасонных отверстий, а также в оптоэлектронике, например, для ввода эллиптичного пучка полупроводникового лазера в оптоволокно круглого сечения.

7. Зависимость эксцентриситета отклика от вязкости жидкости, в случае ее слоя на подложке-бруске, может послужить основой нового метода бесконтактного определения ее вязкости.

Заключение

В диссертационной работе проведено экспериментальное исследование возможности применения ТК конвекции, индуцированной тепловым действием лазерного пучка, для диагностики жидкостей и их слоев. Наиболее существенные результаты работы следующие:

1. Разработан способ [53] задания толщины слоя по одной калиброванной проволочке известного диаметра, в котором толщину слоя оценивают, наблюдая в скользящих отраженных лучах момент достижения плоскостности свободной поверхности жидкости вблизи проволочки. Погрешность этого способа составляет около 10 мкм, и определяется, в основном, гистерезисом угла смачивания стенок сосуда.

2. Разработан метод [57] определения фокусного расстояния ТК углубления и указаны границы его применимости. Исследована зависимость фокусного расстояния центральной части этого углубления, как вогнутого зеркала, от толщины слоя бензилового спирта и мощности пучка. При мощности 3.5-16.5 мВт с увеличением толщины от 200 до 1000 мкм фокусное расстояние растет практически линейно. В указанном диапазоне толщин увеличение мощности пучка приводит к уменьшению фокусного расстояния по степенному закону с показателем степени близким к (-0.8). Центральная часть ТК углубления, сравнимая с диаметром индуцирующего пучка 3 мм), заметно отличалась от сферы. Оптические свойства ТК углубления предложено использовать для изготовления зеркал, трансформирующих распределение интенсивности лазерных пучков [67].

3. Высокая чувствительность диаметра ТК отклика к толщине жидкого слоя положена в основу бесконтактного метода ее измерения [66]. Показано, что в интервале толщин ~ 10 мкм погрешность этого метода не превышает 1-2 мкм, а в интервале ~ 300 мкм не превышает 10-15 мкм. Подбором мощности пучка можно сдвигать диапазон чувствительности метода в нужные слои в диапазоне не уже 150 - 800 мкм.

4. Сближение двух бесконечно длинных смачиваемых границ к точке падения индуцирующего луча приводит к увеличению диаметра отклика D^, соответствующего ограниченному слою, что связано с ростом статической кривизны мениска. Диаметр £),•, отвечающий неограниченному слою, уменьшается, что вызвано ростом толщины слоя вследствие капиллярного поднятия жидкости между сближаемыми пластинками.

5. Разница кривизн (Xb~Xi) поверхности жидкости в ограниченном и неограниченном направлениях не зависит от толщины слоя, а равна статической кривизне мениска Xs> вплоть Д° расстояния между пластинками 1.5 см. Это доказывает, что выполняется свойство аддитивности статической, -XSt и динамической, Xd» КРИВИЗН поверхности жидкости, т.е. что имеют место равенства Xb = Xs + Xd и Xi = Xd •

6. По форме ТК отклика можно надежно регистрировать одномерную статическую кривизну свободной поверхности жидкости с радиусом до 1 м [68], что соответствует отличию диаметров Db и Z), отклика на 4 %.

7. Впервые проанализировано поведение мениска при наклоне пластинки с различным по отношению к поверхности раздела жидкость/газ положением оси вращения [53]. Результаты анализа сведены в табл. 4.4.

8. Принцип аддитивности динамической кривизны ТК углубления и статической кривизны жидкого мениска использован для усовершенствования метода наклонной пластинки измерения краевого угла смачивания [53, 73]. Усовершенствованным методом измерены углы натекания и оттекания в диапазоне от 34 до 80° с точностью до 0.5°. Результаты измерения краевых углов этим методом хорошо совпадают с результатами, полученными методом сидячей капли.

9. Подложка в виде бруска влияет на динамическую кривизну ТК углубления так, что кривизна углубления в направлении поперек подложки становится больше, чем вдоль нее, а само углубление умеет форму лодочки, вытянутой вдоль подложки. Это объясняется более высокими потерями на вязкое трение для ТК течения вдоль бруска. Из-за наличия у углубления двух фокусов, (минимальный отвечает направлению поперек бруска, а максимальный - вдоль), отклик имеет вид эллипса, отношение диаметров которого зависит от расстояния между экраном и слоем.

10. Форма подложки начинает влиять на форму отклика, когда ее ширина становится сравнимой с диаметром ТК вихря. При уменьшении ширины подложки вплоть до диаметра пучка эксцентриситет отклика нелинейно возрастает. Увеличение вязкости жидкости приводит к уменьшению диаметра вихря и форма отклика стремиться к кругу. С уменьшением толщины слоя эксцентриситет отклика уменьшается, что связано с приближением фокусов ТК углубления к слою. Как и для случая подложки-пластины, зависимость фокусных расстояний углубления от толщины слоя является практически прямо пропорциональной.

11. Установлено также, что кривизна углубления в направлении вдоль подложки-бруска меньше, чем при тех же условиях на бесконечно протяженной плоской подложке, несмотря на то, что в первом случае вязкие потери для ТК течения должны быть меньше. Меньшую величину кривизны можно объяснить охлаждением боковых граней бруска конвективным течением холодной жидкости из нижележащих слоев.

12. В случае слоя жидкости на подложке-пластине, эллиптичность сечения индуцирующего пучка приводит к отклонению формы отклика от круглой. В толстых слоях или при малых мощностях пучка, когда ТК течение практически не деформирует поверхность жидкости, отклик вытянут вдоль большего диаметра индуцирующего пучка, а отношение диметров отклика близко к значению отношения диаметров этого пучка. Это объясняется тем, что при нормальном отражении от плоского зеркала жидкости эксцентриситет сечения пучка сохраняется. При уменьшении толщины слоя или/и при увеличении мощности пучка вплоть до ТК разрыва слоя, отклик сначала приближается к кругу, а затем становится вытянутым уже вдоль меньшего диаметра пучка.

Изменение направления вытянутости отклика связано с тем, что градиент температуры на свободной поверхности в направлении меньшего диаметра пучка больше, и поэтому в этом направлении больше кривизна углубления, которая достигает максимума перед разрывом слоя.

Результаты, полученные в настоящей работе, могут использоваться при разработке прецизионных приборов для диагностики жидкостей, а также в микро- и оптоэлектронике и в лазерных технологических установках.

В заключение благодарю моего научного руководителя Бориса Антоновича БЕЗУГЛОГО, предложившего интересную тему исследований.

Считаю своим приятным долгом поблагодарить Сергея Георгиевича МОНТАНАРИ и Александра Андреевича ГАРМОНОВА за то, что они безвозмездно предоставили лазер ЛГ-111.

Искренне признателен Виталию Ивановичу СЕМИХИНУ за возможность проверить результаты измерения краевых углов смачивания на его установке, а также Александру Алексеевичу КУДРЯВЦЕВУ за предоставленные вещества и ценные советы.

Благодарю Константина Михайловича ФЕДОРОВА за организацию семинара аспирантов и студентов физического факультета, на котором состоялись полезные обсуждения моей работы.

За интерес к исследуемому явлению и полезные дискуссии благодарю Александра Борисовича ШАБАРОВА и Александра Анатольевича КИСЛИЦИНА.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Тарасов, Олег Александрович, 2004 год

1. Chan C.L., Mazumder J., Chen M.M. 3D axisymmetric model for convection in a laser-melted pooles // Mater. Sci. & Technol. 1987. - Vol. 3. - No 4. - P. 306-311.

2. Chan C.L., Mazumder J., Chen M.M. Effect of surface tension gradient driven convection in a laser melt pool: 3D perturbation model // J. Appl. Phys. 1988. - Vol. 64. - No 11. - P. 61666174.

3. Chung F.K., Wei P.S. Mass, momentum and energy transport in a molten pool, when welding dissimilar metals //J. Heat Transfer. 1999. - Vol. 121. - P. 451-461.

4. Софонов A.H. Технологические процессы лазерной обработки материалов // Технологическое оборудование и материалы. — 1998. № 5.

5. Yue Т. М., Du J. Н., Man Н. С. High power Nd-YAG laser welding of SiC particle reinforced aluminium alloy 2124 // Mater. Sci. and Technol. 1998. - Vol. 14. - No 9-10. - P. 906-911.

6. Koji Arafune, Akira Hirata. Thermal and solutal Marangoni convection in In-Ga-Sb system // Journal of Crystal Growth. 1999. - Vol. 197. - P. 811-817.

7. Lei Y.P. Numerical analysis of the competitive influence of Marangoni flow and evaporation on heat surface temperature and molten pool shape in laser surface remelting // Comput. Mater. Sci. 2001. - Vol. 21. - No 3. - P. 276-290.

8. Wei P.S., Chung F.K. Unsteady Marangoni flow in a molten pool when welding dissimilar metals // Metall. Mater. Trans, B. 2000. - Vol. 31B. - No 6. - P. 1387-1403.

9. Wang Q. F., Liu J. H., Li Z. Y., Li P. H., Zhou G. F., Chen X. Study of the microstructures and properties of simulated heat affected zone in laser welding of ULCB 600 steel // Acta Met. Sin. -2000.-Vol. 13.-No l.-P. 151-156.

10. Антонова Г. Ф., Гладуш Г. Г., Красюков А. Г., Косырев Ф. К., Родионов Н. Б. О механизме дистационной резки металлов излучением С02-лазера // Теплофиз. высок, температур. 2000. - том. 38. - № 3. - С. 501-506.

11. J. Grum, D. Zuljan Estimation of the Quality of Cut obtained by Laser Cutting // Metalurgija-metallurgy. 2001. - Vol. 40. - No 2. - P. 841.

12. Лазерная наплавка. URL: http: www.laser.spb.ru/develop/overlay.htm.

13. K. Mukherjee and N.B. Dahotre. Development of Microstructure in Laser Surface Alloying of Steel with Chromium // Journal of Materials Science. 1990. - Vol. 25. - P. 445.

14. B.C. Майоров, М.П. Матросов. Влияние поверхностно-активных веществ на гидродинамику лазерного легирования металлов // Квантовая электроника. — 1989. том 16.-№4.-С. 806-809.

15. C.W. Chen, Р.А. Khan, and К. Mukheijee. Laser Fabrication of Pb Doped Bi-Sr-Ca-Cu-O Superconductor // Journal of Materials Science. 1992. Vol. 27. - P. 3221.

16. Коротеев Н.И., Шумай П.Л. Физика мощного лазерного излучения. М.: Наука, 1991.

17. Pulsed laser texture for magnetic disk substrates. URL: http://www.me.berkeley.edu/ltl/ texture.html.

18. Bennet T.D., Krajnovich D.J, Grigoropoulos C.P., Baumgart P., Tarn A.C. Marangoni mechanism in pulsed laser texturing of magnetic disc substrates // Journal of Heat Transfer. -1997.-Vol. 119.-P. 589-596.

19. Chen S.C., Cahill D.G., Grigoropoulos C.P. Melting and surface deformation in pulsed laser surface microfabrication of Ni-P disks // Journal of Heat Transfer. 2000. - Vol. 122. - P. 107112.

20. Безуглый Б.А. Капиллярная конвекция, управляемая тепловым действием света и ее применение в способах регистрации информации. Дисс.канд .физ.-мат. наук, Москва, МГУ, 1983.

21. Bezuglyi В.А. Photoinduced solutocapillary convection: New capillary phenomenon. Rev. Proc. 1st Int. Symp. Hydromech. Heat/Mass Transfer Microgr. Perm-Moscow, Russia, July 614,1991. Gordon&Breach Sci. Publ. 1992. - P.335-340.

22. Гетлинг A.B. Конвекция Релея-Бенара. Структура и динамика. М.: Эдиториал УРСС, 1999.

23. Da Costa G., Calatrony J. Thermocapillary liquids as transient photographic receivers. Proceedings International Commission for Optics Conference (ISO-11), Madrid, Sept. 1978, P. 779-782.

24. Da Costa G., Calatroni J. Self-holograms of laser induced surface depression in heavy hydrocarbons // Appl. Opt. 1978. - Vol. 17. - No 15. - P. 2381-2385.

25. Da Costa G., Calatroni J. Transient deformation of liquid surfaces by laser-induced thermocapillarity // Appl. Opt. 1979. - Vol. 18. - No 2. - P. 233-235.

26. Da Costa G. Real-time recording of light patterns in heavy hydrocarbons: a theoretical analysis // Appl. Opt. 1980. - Vol. 19. - No 20. - P. 3523-3528.

27. Da Costa G. Self-focusing of gaussian laser beam reflected from a thermocapillary liquid surface // Phys. Lett. 1980. - Vol. 80A. No 4. - P. 320-322.

28. Da Costa G. Thermocapillary self-focusing of a laser beam: a theoretical analysis // Phys. Lett. 1980. - Vol. 80A. - No 4. - P. 323-324.

29. Calatroni J., Da Costa G. Interferometric determination of the surface profile of a liquid heated by a laser beam // Optics commun. 1982. - Vol. 42. - No 1. - P. 5-9.

30. Da Costa G. Competition between capillary and gravity forces in a viscous liquid film heated by a Gaussian laser beam // J. Physique. 1982. - Vol. 43. - No 10. - P. 1503-1508.

31. Da Costa G., Bentolila F., Ruiz E. Laser induced thermohydrodynamic effect in thin liquid membranes // Phys. Lett. 1983.- Vol. 95A. - No 6. - P. 313-315.

32. Низовцев B.B. Капиллярная конвекция в жидком слое при лазерном облучении // ИФЖ. -1988. том 55. - № 1. - с. 85-92.

33. Визнюк С.Ф., Суходольский А.Т. О термокапиллярном самовоздействии лазерного излучения в тонких слоях поглощающей жидкости // КЭ. 1988. - том 15. - № 4. -С. 767-770.

34. Визнюк С.А., Растопов С.Ф., Суходольский А.Т. Об аберрациях при ТК самовоздействии лазерного излучения // Кр. сообщ. по физике. 1989. - № 5. — С. 34-37.

35. Низовцев В.В. Исследование стимулированной локальным облучением естественной конвекции в тонком слое испаряющейся жидкости // ПМТФ. 1989. - № 1. - С. 138-145.

36. Viznuk S.A., Rastopov S.F., Sukhodolskii A.T. On thermocapillary aberrational transformation of laser beams. // Opt. Commun. 1989. - Vol. 71. - No. 5. - P. 239-243.

37. Безуглый Б.А. Лазерный метод контроля плоскостности жидкой поверхности // Международная конференция "Поверхностные силы". Тез. докл. Москва, 1990. - С. 11.

38. Da Costa G., Coll M. Thermocapillary surface wave induced in a liquid film by oblique incidence of a laser beam // Phys. Lett. A. 1992. - Vol. 165. - No 2. - P. 153-158.

39. Bezuglyi B.A., Shepelenok S.V., Tarasov O.A. Laser flatness control of the liquid surface: 2nd Int. Aerospace Congress (IAC'97). Abstracts. Moscow, Russia. STC 'Petrovka', 1997 -P. 244.

40. Безуглый Б.А. Светоиндуцированная капиллярная конвекция: возможные жидкостные микрогравитационные технологии. // Передовые технологии на пороге XXI века: международная конференция. Тезисы. Ч. 2. Москва, НИЦ "Инженер", 1998 - С. 459461.

41. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Федорец А.А. Лазерный метод контроля плоскостности свободной поверхности жидкости // Передовые технологии на пороге XXI века: международная конференция: Тезисы. Ч. 2. — Москва, НИЦ "Инженер", 1998 С. 370.

42. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Шепеленок C.B. Применение термокапиллярного эффекта для контроля плоскостности жидкой поверхности // Вестник Тюменского госуниверситета. 1998. — том 2. - С. 66-71.

43. Гладуш Г.Г., Дробязко С.В., Лиханский В.В., Лобойко А.И., Сенаторов Ю.М. Термокапиллярная конвекция при лазерном нагреве поверхности. // Квантовая электроника. — 1998. том 25. - № 5. - С. 439.

44. Безуглый Б.А., Федорец А.А., Тарасов О.А., Шепеленок С.В., Иванова Н.А. Фотоиндуцированная капиллярная конвекция. — Отчет о НИР депонированный в ВИНИТИ, № госрегистрации 01.99.00 04786, инв. № 0299.00 05481, 1999.-40 с.

45. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Бесконтактный метод очистки твердой поверхности от жидких загрязнений в виде капель или пленки смачивания. // Третий Международный аэрокосмический конгресс (IAC2000): Труды. Москва, СИП РИА, 2000 - С. 400.

46. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Федорец А.А. Применение термокапиллярного эффекта для измерения толщины тонкого слоя жидкости // Вестник Тюменского госуниверситета. — 2000.-№3.-С. 64-67.

47. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Федорец А.А. Применение термокапиллярного эффекта для усовершенствования метода наклонной пластинки измерения краевых углов смачивания // Вестник Тюменского госуниверситета. 2000. - № 3. - С. 64-67.

48. Безуглый Б.А., Иванова Н.А. Явления переноса и безразмерные комплексы. // Вестник Тюменского госуниверситета. 2000. - № 3. — С. 47-61.

49. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Лазерный метод измерения толщины тонкого жидкости слоя жидкости на твердой поверхности с помощью термокапиллярного отклика // Письма в журнал технической физики. 2001. - № 9. - С. 20-25.

50. Безуглый Б.А., Иванова Н.А., Зуева А.Ю. Термокапиллярная деформация тонкого слоя жидкости вызванная пучком лазера. // ПМТФ. 2001. - том 3. — № 42. - С. 130-134.

51. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Федорец А.А. Усовершенствованный метод наклонной пластинки измерения краевого угла смачивания // Коллоидный журнал. — 2001. № 6. — С. 735-741.

52. Bezuglyi В.A., Fedorets А.А., Ivanova N.A. Application of the photoinduced capillary phenomena in liquid microgravity technologies // First Conference of the International Marangoni Association. Giessen, Germany, 2001 - P. 80-81.

53. Bezuglyi B.A., Fedorets A.A., Ivanova N.A., Tarasov O.A. Photoinduced capillary effect in the momls-technologies // First Conference of the International Marangoni Association. — Giessen, Germany, 2001 P. 82-83.

54. Bezuglyi B.A., Fedorets A.A., Tarasov O.A. Laser diagnostics of liquids and its layers // First Conference of the International Marangoni Association. Giessen, Germany, 2001 - P. 84-85.

55. Безуглый Б.А., Тарасов O.A. Оптические свойства термокапиллярного углубления // Оптика и спектроскопия,- 2002. том. 92. - № 4. - С. 609-613.

56. Безуглый Б.А., Тарасов О.А. Влияние эллиптичности индуцирующего пучка на форму термокапиллярного отклика. Оптика и спектроскопия.- 2003. № 2.

57. Безуглый Б.А., Иванова Н.А., Федорец А.А. Теоретическое и экспериментальное исследование фотоиндуцированной капиллярной конвекции. — Отчет о НИР депонированный в ВИНИТИ, № госрегистрации 02.200.1 06846, инв. № 01. 2001103608, 2001.-31 с.

58. Безуглый Б. А., Федорец А. А., Тарасов О.А., Иванова Н.А., Зуева А.Ю. Фотоиндуцированная капиллярная конвекция — новое капиллярное явление. — Отчет по гранту РФФИ № 01-01-652-а, 2002.

59. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Чемоданов С.И. Исследование эволюции термокапиллярного отклика тонкого слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке // IX Межотраслевой научный и методический семинар «Теплофизики и теплотехника», 2002.

60. Авт. свидет. СССР № 1188588. Способ определения вязкости. Безуглый Б.А., Ланин С.Н., Низовцев В.В. Опубл. 30.10.85. Бюл. № 40.

61. Авт. свидет. СССР № 1242764. Способ определения вязкости. Безуглый Б.А., Ланин С.Н., Низовцев В.В. Опубл. 07.07.86. Бюл. № 25.

62. Патент РФ № 2149353. Способ измерения толщины тонкого слоя прозрачной жидкости. Безуглый Б. А., Тарасов О. А., Федорец А.А., Шепеленок С.В. Бюл. № 14 // Изобретения. -2000.

63. Патент РФ №2158898. Способ бесконтактного контроля плоскостности поверхности. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Федорец А.А. Бюл. № 31 // Изобретения. — 2000.

64. Патент РФ №2163712. Способ измерения и контроля мощности лазерного излучения и устройство для его осуществления. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Бюл. № 6 // Изобретения. - 2001.

65. Патент РФ №2165073. Способ контроля горизонтальности поверхности. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Бюл. № 10// Изобретения. - 2001.

66. Патент РФ №2165071. Способ измерения толщины тонкого слоя прозрачной жидкости. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Бюл. № 10 // Изобретения. - 2001.

67. Патент РФ №2169049. Способ очистки твердой поверхности от жидких загрязнений в виде пленки смачивания или капель. Безуглый Б.А., Федорец А.А. — Бюл. № 17 // Изобретения. 2001.

68. Патент РФ № 2178155. Способ измерения мощности лазерного пучка и энергии лазерного импульса. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Бюл. № 1 // Изобретения. - 2002.

69. Безуглый Б. А., Галашин Е.А., Дудкин Г.Я. О фотоконденсации йода // Письма в ЖЭТФ. -1975. том 22. - № 2. - С. 76-79.

70. Безуглый Б. А., Галашин Е. А., Майоров В. С., Криндач Д. П. Разделение примесей в жидкости при тепловом действии лазерного излучения // Письма в ЖТФ. — 1976. том 2. -№ 18.-С. 832-838.

71. Безуглый Б.А., Низовцев В.В. Капля, рожденная Солнцем // Химия и жизнь. 1977. -№ 7. - С. 33-36.

72. Майоров B.C. Разделение жидких смесей на компоненты при тепловом действии непрерывного лазерного излучения // ДАН. 1977. - том 237. - № 5. - С. 1073-1075.

73. Криндач Д.П., Майоров B.C. Шелухов И.П. Разделение жидких смесей в тонких слоях тепловым действием лазерного излучения // ЖТФ. 1978. - том 48. - № 4. - С. 833-837.

74. Криндач Д.П., Майоров B.C. Сухорукое А.П. Разделение жидких смесей в тонких слоях тепловым действием лазерного излучения // ЖТФ. 1978. - том 48. - № 18. - С. 25532558.

75. Безуглый Б.А., Низовцев В.В. Исследование явления образования капель при облучении светом капиллярных пленок растворов // Вестн. МГУ, сер. 3, Физика. Астрономия. -1981. том 22. -№ 6. С. 37-41.

76. Безуглый Б.А., Галашин Е.А. Термотензография новый способ получения изображений //Ж. научн. и прикл. фотогр. и кинематогр. - 1982. - том 27. - № 1. - С. 69-71.

77. Безуглый Б.А., Криндач Д.П., Майоров B.C. Получение изображения в жидких пленках с использованием явления термокапиллярной конвекции // ЖТФ. 1982. - том 52. - № 12. -С. 2416-2418.

78. Майоров В. С. Применение термоконцентрационных капиллярных потоков в термографии // Ж. научн. и прикл. фотогр. и кинематогр. 1984. - том 29. - № 2. - С. 104-111.

79. Растопов С. Ф., Суходольский А. Т. Применение лазерно-индуцированного эффекта Марангони для записи дифракционных решеток // КЭ. 1987. — том 14. — № 8. — С. 17091710.

80. Кузнецов Ю.Н., Низовцев В.В. Исследование капиллярно-конвективной рельефографии на слое раствора красителя // Ж. научн. и прикл. фотогр. и кинематогр. — 1988. том 33. -№ 4. - С. 249-256.

81. Безуглый Б.А. Концентрационнокапиллярная конвекция, управляемая тепловым действием света новое капиллярное явление // Международная конференция "Поверхностные силы". Тезисы докладов. Москва. - 1990. - С. 12 .

82. Б.А. Безуглый Звезчатая диссипативная структура в неравновесной капле // Письма в ЖТФ.-1990.-С. 55-59.

83. Б.А. Безуглый Усиление фотоиндуцированной конвекции в испаряющемся слое жидкости // Письма в ЖТФ. 1991. - том 21. - С. 49-53.

84. Безуглый Б.А. Концентрационнокапиллярная конвекция, управляемая тепловым действием света — новое капиллярное явление // Материалы VII школы-семинара "Нелинейные задачи теории устойчивости", 1992, Москва, Институт механики. Изд. МГУ 1992.

85. Bezuglyi В.A. Photoinduced solutocapillary convection and its possibilities in the space materials science // Proc. Int. Aerospace Congress (IAC'94). Aug. 15-19, 1994, Moscow, Russia. STC 'Petrovka'. 1995. - P.261-267.

86. Bezuglyi B.A. Capillary-convective phenomena induced by heat effect of light // XI International Conference "Surface forces ". Abstracts. June. 25-29, 1996, Moscow, Russia, -1996.-P.18.

87. Bezuglyi B.A. Radiation driven solutocapillary convection. // 2nd Int. Aerospace Congress (IAC'97). Abstracts. - Moscow, Russia. STC 'Petrovka', 1997 - P. 231.

88. Bezuglyi B.A., Shepelenok S.V., Tarasov O.A. Adaptive optical device based on liquid lens: // 2nd Int. Aerospace Congress (IAC'97). Abstracts. Moscow, Russia. STC 'Petrovka', 1997 -P. 231.

89. Безуглый Б.А., Шепеленок С.В., Иванова Н.А. Оптические свойства аномальной капли. // Передовые технологии на пороге XXI века: международная конференция. Тезисы. Ч. 2. -Москва, НИЦ "Инженер", 1998 С. 486-488.

90. Безуглый Б. А., Шепеленок С. В., Иванова Н. А. Оптические свойства аномальной капли // Письма в ЖТФ. 1998. - том 24. № 24. - С. 61-64.

91. Б.А. Безуглый, С.В.Шепеленок, Н. А. Иванова. Жидкая линза в качестве адаптивного оптического элемента. // Оптика и Спектроскопия. 1999. - том. 98, № 1. - С. 173-175.

92. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Шепеленок С.В. Адаптивное оптическое устройство на основе жидкой линзы // Вестник Тюменского госуниверситета. 1998. - том 2. — С.61-65.

93. Патент РФ №. 2149434. Адаптивное оптическое устройство на основе жидкой линзы. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Шепеленок С.В. Бюл. № 14 // Изобретения. - 2000.

94. Безуглый Б.А., Иванова Н.А. Создание движения жидкости и управление им в условиях микрогравитации. // Третий Международный аэрокосмический конгресс (IAC2000): Тезисы докладов. Москва, Издательство СИП РИА. - 2000. - С. 202.

95. Заявка на изобретение N2001100120/12(000030). Способ разделения и дозирования компонентов бинарных смесей. Безуглый Б.А., Иванова Н.А., Чаппаров Ф.Х. Решение о выдаче патента.

96. Патент РФ №. 2190655. Класс рабочих жидкостей для тепловых трубок. Безуглый Б.А., Иванова Н.А., Тарасов О.А., Федорец А.А. // Изобретения 2002.

97. Авт. свид. СССР № 957155. Способ получения изображения на теплочувствительном материале. Безуглый Б.А., Галашин Е.А., Криндач Д.П., Майоров B.C. Опубл. 1982, Б.И. № 33.

98. Авт. свид. СССР № 1047303. Способ получения фиксированного изображения на теплочувствительном материале. Криндач Д. П., Майоров В. С., Соколов В. Н.

99. Авт. свид. СССР № 1048943. Светочувствительный материал. Безуглый Б.А., Денисов И.Е. Приор. Опубл. 1980.

100. Авт. свид. СССР № 1122137. Светочувствительная композиция. Безуглый Б.А., Нетесова Н.П., Низовцев В.В. Опубл. 1984.

101. Авт. свид. СССР № 753270-Способ определения массы растворенного вещества и устройство для его осуществления. Безуглый Б. А., Голуб А. Е., Ефремов А. А., Красильщик В. 3., Криндач Д. П., Майоров В. С., Чупакин М. С. Опубл. 1985, Б.И. № 40.

102. Davis S.H. Thermocapillary instabilities // Ann. Rev. Fluid Mech. 1987. - Vol. 19. -P. 403-435.

103. Mundrane M., Xu J., Zebib A. Thermocapillary convection in a rectangular cavity with a deformable interface // Adv. Space Res. 1995. - Vol. 16. - No 7. - P. 41-53.

104. Физические величины: Справочник. Под ред. акад. Григорьева И.С, Михайлова Е.З. — М.: Энергоатомиздат, 1991.

105. Абрамзон А.А, Боброва J1.E, Зайченко Л.П и др. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник. Под ред. Абрамзона А.А. и Щукина Е.Д.-Л.: Химия, 1984.

106. Справочник химика. Т.1. Второе изд. переработанное и дополненное. Государственное научно-техническое издательство химической литературы. — Москва, Ленинград, 1962.

107. Н.Б. Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — Москва, 1963.

108. Safety data for benzyl alcohol. URL: http://physchem.ox.ac.uk/MSDS/BE/benzyl alcohol.html

109. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1981.

110. Космическое материаловедение: Введение в научные основы космической технологии. Б.Фойербахер, Р.И. Науман, Г. Хамакер и др. под ред. Б. Фойербахера. М.: Мир, 1989.

111. Chapter 6: Fluid mechanics of bubbles and drops. R.S. Subramanian, R. Balasubramaniam, G. Wozniak. From: Physics of Fluids in Microgravity (Edited by R. Monti), Taylor & Francis, London, 2002.

112. Microgravity research in support of technologies for the human exploration and development of space and planetary bodies. URL: http://www.nap.edu/openbook/ 0309064910/html

113. National Center for Microgravity Research of Fluids and Combustion. URL: http://www.ncmr.org

114. MICREX Subject Index. URL: http://mgravity.itsc.uah.edu/microgravity/micrex/ subjectidx.stm

115. Адаптивная оптика. Сборник статей. Под ред. Э.А. Витриченко. М.: Мир, 1980.

116. Commander L., Day S., Chia С. and Selvirh. Microlenses immersed in nematic liquid crystals with electrically controllable focal length // EOS Topical Digest Meetings Microlens Arrays. 1995. - Vol. 5, P. 72.

117. Klim O., Meshkovsyi I. Study of opticophysical characteristics of trermosorption optical element based on the porous glass // Optics and spectroscopy. 1997. — Vol. 82. — No 1. — P. 51.

118. N. Hubin, L. Noethe. What is adaptive optics? // Science. 1993. - Vol. 262. - P. 13451484.

119. Normand Ch., Pomeau Y., Velarde M.G. Convective instability: a physisist's approach // Rev. Mod. Phys. 1977. - Vol. 49. - No 3. - P. 581-624.

120. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Шепеленок С.В. Бесконтактный способ контроля промышленных стоков. // 2-ой научно-практический семинар "Чистая вода". Тезисы. — Тюмень, ТГУ, 1997 С. 30-31.

121. Безуглый Б.А., Тарасов О.А., Федорец А.А., Писарев А.Д. Иванова Н.А. Бесконтактный способ обнаружения загрязнений воды поверхностно-активными примесями // 2-ая городская конференция "Окружающая среда": Тезисы. — Тюмень, 1999. -С. 167.

122. Hrma P. Effects of surface forces in glass technology (a review) // Glass Technol. 1982. -Vol.23. - No 3. - P. 151-155.

123. Mattox D.M., Smith H.D. Thermal-gradient-induced migration of bubbles in molten glass // J. Am. Ceram. Soc. 1982. - Vol. 65. - No 9. - P. 437-442.

124. Dressier R.F., Sivakumaran N.S. Non-contaminating method to reduce Marangoni convection in microgravity float zones // J. Cryst. Growth. 1988. - Vol. 88. - No 1. - P. 148158.

125. Balasubramanian R., Ostrach S. Transport phenomena near the interface of a Czochralski-grown crystal // J. Cryst. Growth. 1988. - Vol. 88. - No 2. - P. 263-281.

126. Schwabe D. Surface tension driven flows in crystal growth melts. In Crystals, growth, properties and applications (Ed. H.C. Freyhart). Springer Verlag, Berlin. 1988. - Vol. 11. - P. 75-112.

127. Li M., Zeng D. The effect of liquid encapsulation on the Ma convection in a liquid column under microgravity conditions // Int. J. Heat Mass Transfer. 1996. — Vol. 39. - No 17. -P. 3725-3732.

128. Arafuno K. Interactive thermal and solutal Marangoni convection during compound semiconductor growth in a rectangular open boat // Int. J. Heat Mass Transfer. 2001. -Vol. 44.-No 13.-P. 2405-2411.

129. G.M. Whitesides, A.D. Stroock. Flexible Methods for Microfluidics. URL: http://physicstoday.org/pt/vol-54/iss-6/p42.html.

130. P. Gwynne. Microfluidics on the move: devices offer many advantages. URL: http://www.spie.org/web/oer/august/augOO/microfluidics.

131. Centre for Microfluidics. URL: http://www.cse.clrc.ac.uk/ceg/c4m.shtml.

132. Block M.J. Surface tension as the cause of Benard cells and surface deformations in a liquid film //Nature. 1956. - Vol. 178. - P. 650.

133. Loewenthal M. Tears of strong wine // Phil. Mag., Ser.7. 1931. - Vol. 12. - P. 462.

134. Hershey A.V. Ridges in a liquid surface due to the temperature dependence of surface tension. // Phys. Rev. 1939. - Vol. 56. - P. 204.

135. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. — M.: Мир, 1979.

136. Berg J.C., Acrivos A., Boudart М. Evaporative convection. // Adv. Chem. Eng. — 1966. — Vol.6. P. 61-123.

137. Benard H. // Rev. Generales Sci. Pures et appliguees. 1900. Vol. 11. - P. 1309.

138. Benard H. // Ann. Chem. Phys. Ser., 7. 1901. - Vol. 23. - No 62.

139. C.V. Boys. Movements on water surfaces // Nature. 1914. - Vol. 93. - No 232. - P. 214.

140. Volkoviski V. Sur les tourbillons en festons // Сотр. Rend. 1935. - Vol. 200. - No 15. -P. 1285-1287.

141. Cherny M. Uber photographie im Ultraroten // Z. F. Physik. 1929. - Vol. 53. - No 1.

142. McDaniel W., Robinson D.Z. Thermal imaging by means of the evaporograph // Appl. Optics. 1962.-Vol. 1. -No 3.

143. Mol J.C. The Eidophor system of large screen television projection // The photographic Journal. 1962.-Vol. 102.-No 4.-P. 128-132.

144. Heintz E. Deux procedes nouveaux de photographie infrarouge // J. Phys. Radium. 1946. -Vol. 7.-No 293.-P. 336.

145. Polezhaev V.I. Convective processes in microgravity // Rev. Proc. 1st Int. Symp. Hydromech. Heat/Mass Transfer Microgr., Perm-Moscow, Russia, July 6-14, 1991. Gordon&Breach Sci. Publ. 1992. - P. 15-24.

146. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. — М.: Мир, 1973.156. (Интернет страница в настоящее время не существует).

147. Rayleigh, Lord. On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is on the under side // Phil. Mag. Ser.6. 1916. - Vol. 32. - No 192. - P. 529-546.

148. А.И. Федосов. Термокапиллярное движение // Журнал физической химии. 1956. -вып. 2. - С. 366-374.

149. Takashima M. Surface driven instability in horizontal layer with a deformable free surface. I. Stationary convection. II. Overstability // J. Phys. Soc. Japan. — 1981. Vol. 50. - No 8. -P. 2745-2756.

150. Pearson J.R.A. On convection cells induced by surface tension // J. Fluid Mech. 1958. -Vol. 4.-No 5. - P. 489-500.

151. Nield D.A. Surface tension and buoyancy effects in cellular convection // J. Fluid Mech. -1964. Vol. 19.-No 3.-P. 341-352.

152. Berg. J. Interfacial hydrodynamics: an overview // Canadian Metallurgical Quarterly. -1982.-Vol. 21.-No 2.-P. 121.

153. Grodzka P.G., Bannister T.C. Heat flow and convection demonstration experiments aboard Apollo 14 // Science. 1972. - Vol. 176. - No 4034. - P. 506-508.

154. Grodzka P.G., Bannister T.C. Heat flow and convection experiments aboard Apollo 17 // Science. 1975.-Vol. 187. - No 4172. - P. 165-167.

155. Davis, S.H., Homsy, G.M. Energy stability for free surface problems; Buoyancy thermocapillary layers // J. Fluid Mech. 1980. - Vol. 98. - P. 527.

156. Perez-Garcia, C., Pantaloni, J., Occelli, R., & Cerisier, P. Linear analysis of surface deflection in Benard-Marangoni instability // J. Phys. (Paris). 1985. - Vol. 46. - P. 2047.

157. Perez-Garcia, C., & Carneiro, G. Linear stability analysis of Benard-Marangoni convection in fluids with a deformable free surface // Phys. Fluids. 1991. - Vol. A3. - P. 292.

158. Ka Kheng Tan, Rex B. Thorpe. On convection driven by surface tension caused by transient heat conduction // Chemical Engineering Science. 1999. - Vol. 54. - P. 775-783.

159. Пшеничников А. Ф., Токменина Г.А. Деформация свободной поверхности жидкости ТК движением // МЖГ. 1983. - № 3. - С. 150-153.

160. Гухман А.А., Зайцев А.А. Теория подобия, анализ размерностей, характеристические масштабы: Уч. пос. М.: Издательство МТОУ.

161. Y. Kamotani, S. Ostrach, A. Pline. Analysis of velocity data taken in surface tension driven convection experiment in microgravity // Phys. Fluids. 1994. - Vol. 6. - No 11. - P. 36013609.

162. Альварес-Суарес B.A., Рязанцев Ю.С. О термокапиллярном движении, вызванном локальным нагревом жидкости импульсом ультрафиолетового излучения // МЖГ. 1986.6. С. 165-167.

163. Альварес-Суарес В.А., Рязанцев Ю.С., Шевцова В.М. Теор. и эксп. исследование конвекции в слое жидкости при локальном нагреве // ПМТФ. — 1990. № 2. - С. 53-57.

164. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Гостехиздат, 1954.

165. Жаров В.П., Летохов B.C. Лазерная опто-акустическая спектроскопия. М.: Наука, 1984.

166. Сверхчувствительная лазерная спектроскопия: пер. с англ. / Под. Ред. Д. Клайбджера.- М.: Мир, 1986.

167. Bialkowski S.E., Winefordner J.D. Phototermal Spectroscopy for methods for chemical analysis. John Wiley & Sons Inc., 1996.

168. Richardson F.D. Interfacial phenomena and metallurgical processes // Canadian Metallurgical Quarterly. 1982. - Vol. 21. - No 2. - P. 111-119.

169. Marangoni wafer drying avoids disadvantages. URL: http://www.steg.com/products/ marangoni/sst96/secl .html

170. S. Narayanan. What is heat pipe? URL: http://www.cheresources.com/htpipes.shtml

171. Heat pipes. URL: http://www.speoils.co.uk/heatpipes.htm

172. Eninger J.E., Markus B.D. Marangoni effect and capacity degradation in axially grooved heat pipes // AIAA Journal. 1979. - Vol. 17. - No 7. - P. 797-799.

173. Kosson R.L., Harwell W. The Marangoni effect in axially grooved variable conductance heat pipes (VCHP) // Prog. Astronaut. Aeronaut. 1983. - Vol. 86. - P. 222-238.

174. Masashi Kuramae and Mutsumi Suzuki. Two-Component Heat Pipes Utilizing the Marangoni Effect // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1993. - Vol. 26. - No 2. — P. 230.

175. Джейкок M., Парфит Дж. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир, 1984

176. Капиллярные явления и нефтеотдача. М.Т. Абасов, Н.Д. Таиров, Д.Ш. Везиров и др; АН АзССР, Инт. пробл. глубин. Нефтегазовых месторождений. — Баку: Элм, 1987. — 147 с.

177. Lyford P. A., Pratt Н. R. С., Grieser F., Shallcross D. С. Т Marangoni effect and enhanced oil recovery. Part 1: Porous media studies // Canadian J. Chem. Engin. 1988. - Vol. 76. — No 2. -P. 167-174.

178. Thermo-capillary optical switch. Makoto Sato, Makoto Horie, Nobuaki Kitano, Katsuya Ohtomo, Hiroaki Okano // Hitachi Cable Review. 2001. - No 2. -P. 19-24.

179. Оптические материалы для инфракрасной техники. Е.М. Воронова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров. М.: Наука, 1965.

180. Безуглый Б. А., Иванова Н.А., Тарасов О. А. Термокапиллярный оптический переключатель с лазерными нагревателями. Заявка на изобретение. Отправлена 18 апреля 2002.

181. Microgravity Research Facilities. URL: http://mgnews.msfc.nasa.gov/litho2/facility.html

182. Microgravity materials science: research and flight experiment opportunities. URL: http://mtrs.msfs.nasa.gov/mtrs/98/tm208418.pdf

183. Ostrach S. Low gravity fluid flows // Annual Rev. Fluid Mech. 1982. - Vol. 14. - P. 313.

184. Optical tweezers: Theory and applications. URL: http://www.ipass.net/~brianrodr/ tweezers.html.

185. Backgroung to optical tweezers. URL: http://www.pages.drexel.edu/undergrad/rmg23/ page5.html

186. T. Haist, M. Reicherter, J. Leisener, H. Tiziani. Dinamic optical tweezers. URL: http://www.uni-stuttgart.de/ito/institut/researchfluids/slm/tweezer.htm.

187. Block M.J., Harwit M. Free surface of liquids as an optical element. // J. Opt. Soc. Am. -1958. Vol. 48. - No. 7. - P. 480-482.

188. Kagawa K., Tsuyoshi Konishi Т., Tanida J., Ichioka Y, Fabrication of Optical Components and Modules Using Photo-Fabrication Technique. // Opt.Rev. 1997. - Vol. 4. - No 6. -P. 639-642.

189. Surface light scattering. URL: http://Nasatm208532.pdf, pp. 54-55. In: NASA's Microgravity Technology Report (1997). Summary of Activities.

190. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986.

191. Скоков И.В., Многолучеые интерферометры в измерительной технике. — М.: Машиностроение, 1989.

192. Гусев Е.А., Приборы неразрушающего контроля в машиностроении. М.: Машиностроение, 1993.

193. Авт. свид. СССР № 430286. Способ измерения уровня жидкости или расплава. Л.Г. Меркулов, С.И. Рохлин. Бюл. № 20 // Изобретения 1974.

194. Авт. свид. СССР №503133. Устройство для определения уровня жидкости. Г.А. Зайцев. Бюл. № 6 // Изобретения 1976.

195. Maijgren В., Odberg L. Surface tension data from slight deformations of the surface. The ring method // J. Col. Int. Sci. 1982. - Vol. 88. - No 1. - P. 197-203.

196. Финн P. Равновесные капиллярные поверхности. M.: Мир, 1989.

197. Neumann A.W., Good R.J. Techniques of measuring contact angles. In: Surface and colloid science. Vol.11. Experimental methods. Eds: Good R.J., Stromberg R.R. N.Y.: Plenum Press, 1979.-P. 31-91.

198. Медянцева Л.Л. и др. Контроль прямолинейности и плоскостности поверхностей. М.: Изд. Стандартов, 1972.

199. Фриш С.Э. Оптические методы измерений. 4.2. Лучевая оптика и границы ее применения. Интерферометрия: Учебное пособие. Изд-во Ленинградского ун-та, 1980.

200. П. Ж. Де Жен, Смачивание: статика и динамика. // УФН. 1987. - том 151. — вып. 4. -С. 619-678.

201. Б.Д. Сумм. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал. 1999. -№7.-С. 98-102.

202. Johnson R.E., Jr., Dettre R.H. Contact angle hysteresis: I. Study of an idealized rough surface // Jr. Advan. Chem. Ser. 1963. - No 43. - P. 112-135.

203. R.H. Dettre, R.E. Johnson, Jr. Contact angle hysteresis: II. Contact angle measurements on rough surfaces // Jr. Advan. Chem. Ser. 1963. - No 43. - P. 137-144.

204. R.H. Dettre, R.E. Johnson, Jr. Contact angle hysteresis: IV. Contact angle measurements on heterogeneous surfaces // Jr. Advan. Chem. Ser. 1965. - Vol. 69. - No. 5. - P. 1507-1515.

205. H.W. Fox, W.A. Zisman. The spreading of liquids on low energy surfaces. I. Polytetrafluoroehylene //J. Colloid Sci. 1952. - Vol. 7. - P. 512-531.

206. M.C. Phillips, A.C. Riddiford. Temperature dependence of contact angles // Nature. 1965. - Vol. 205. - No 6. - P. 1005-1006.

207. Ting C.L:, Perlin M. Boundary conditions in the vicinity of the contact line at a vertical oscillating upright plate: an experimental investigation // J. Fluid Mech. 1995. - Vol. 295. -P. 263-300.

208. C.B. Зверева. В мире солнечного света. Л:. Гидрометеоиздат, 1988.