Введение к работе
1. Актуальность темы. Изучение веществ в их предельных состояниях является,по словам академика П.Л. Капицы, признаком современного физического исследования. Настоящая работа посвящена исследованию поведения молекул и ионов в поле адсорбционного потенциала пористых силикатных и полимерных матриц.
На основе пористых матриц, например пористых стекол, могут быть созданы различные композиционные материалы сорбционного типа, оптические параметры которых зависят от объемной доли или компонентного состава адсорбата. Воздействуя на такие материалы тепловым или электрическим полем и возбуждая миграцию молекул или ионов адсорбата в объеме пористой матрицы, можно создать локальное перераспределение показателя преломления или поглощения.
Управление распределением показателя преломления и поглощения композиционного материала можно использовать для различных оптических технологий в области голографии, микрооптики, устройств запоминания и т.д.
Кроме того, возбужденные светом молекулы и ионы могут обладать иными кинетическими свойствами при электромиграции в пористых матрицах по сравнению с молекулами, находящимися в основном состоянии. Различная подвижность ионов в основном и возбужденном состоянии позволит применить упомянутый эффект для разделения веществ. Поэтому актуальность настоящей работы представляется очевидной.
Целью настоящей работы является исследование процессов миграции молекул и ионов в пористых матрицах при различных физических воздействиях, а также возможностей применения таких процессов для создания оптических материалов и элементов с управляемыми параметрами.
Методики исследований. При проведении исследований влияния теплового воздействия на оптико-физические характеристики композиционных материалов и элементов сорбционного типа применялись лазерно-интерференционная методика измерения показателя преломления, фотометрические методики измерения интенсивности лазерного излучения и методики измерения
-4-разрешающей способности композиционных пористых оптических деталей.
При проведении исследований электромиграционных процессов в пористых матрицах для определения подвижности ионов применялся метод подвижной границы и спектрофотометрическая методика определения скорости электропереноса ионов через пористые мембраны.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые экспериментально исследован метод управления распределением показателя преломления и поглощения в пластинах пористого стекла с помощью локального теплового воздействия лазерного излучения. Впервые обнаружен и исследован эффект снижения проницаемости молекулярных ионов через пористые силикатные и полимерные мембраны при воздействии резонансно-возбуждающего излучения.
Практическая значимость работы состоит в том, что экспериментально продемонстрированы возможности создания реверсивных регистрирующих сред сорбционного типа, изучены оптические и динамические характеристики композиционных оптических деталей сорбционного типа и выработаны рекомендации по их применению в управляемых оптических системах, показана эффективность электромиграционного метода управления оптическими характеристиками композиционных пористых оптических материалов и элементов. Эффект лазерного управления подвижностью растворенных молекулярных ионов в пористых средах может быть использован как при разработке регистрирующих материалов, так и в хроматографии.
Апробация работы результаты работы докладывались на конференциях "XXIX Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава (СПбГИТМО,1997)". и международной конференции "International Conference on LASERS'97", USA, New Orlean, Louisiana,December 15-19,1997.
-5-Основные положения и результаты, выносимые на зашиту:
-
На основе исследований изменения показателя преломления и пропускания композиционных оптических материалов сорбционного типа на основе пористых силикатных матриц при фототермическом лазерном воздействии экспериментально продемонстрирована возможность реверсивной записи и запоминания информации с применением в качестве адсорбатов органических жидкостей и таких поглощающих газов, как пары брома и двуокиси азота. Показано, что на иммертированных пористых пластинах возможно формирование обратимых растровых элементов и "мягких" диафрагм.
-
Исследованы оптические и динамические характеристики композиционных пористых оптических деталей сорбционного типа при температурном управлении их параметрами. Показано, что качество оптического изображения, формируемого такими деталями, позволяет использовать их в качестве элементов управляемых оптических систем.
-
Исследованы динамические характеристики композиционных оптических материалов сорбционного типа на основе пористого стекла при электромиграционном управлении их оптико-физическими характеристиками. Показано, что электромиграционный метод управления позволяет на порядок улучшить динамические характеристики сорбционных оптических элементов по сравнению с температурным методом управления.
-
Разработана физико-математическая модель процесса электромиграции растворенных ионов в пористой силикатной матрице. Показано, что результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными.
-
Впервые обнаружена и исследована возможность лазерного управления электромиграцией растворенных молекулярных ионов в пористом стекле. Показано, что наблюдаемый эффект снижения подвижности молекулярных ионов в 2-4 раза наблюдается только при определенном пороговом значении плотности мощности лазерного излучения, которое зависит от молекулярной структуры иона.
-
Впервые обнаружена и исследована возможность лазерного управления электропереносом растворенных молекулярных наблюдаемый ионов через пористые полимерные ядерные мембраны. Показано, что эффект уменьшения скорости электропереноса молекулярных ионов через полимерные мембраны в 2-4 раза наблюдается только при
определенном пороговом значении плотности мощности лазерного излучения, которое зависит от молекулярной структуры иона и размера пор мембраны.
Объем и структура диссертации.