Коллоидный журнал

В публикации рассмотрены возможности электрооптического метода при исследовании коагуляции, протекающей с высокой скоростью. Представлены результаты исследования агрегации частиц в водных коллоидах алмаза и графита содержащих электролит AlCl₃. Проведен сравнительный анализ скорости агрегирования частиц алмаза и графита при низких значениях их электрокинетических потенциалов. Показано, что при малых значениях электрокинетического потенциала изменение его на несколько милливольт меняет устойчивость коллоидов алмаза и графита в несколько раз. Исследования показали, что в изоэлектрической точке скорость образования парных агрегатов у частиц графита в пять раз выше, чем у частиц алмаза при близких счетных концентрациях частиц. Это свидетельствует о существенных различиях структурных составляющих поверхности, частиц алмаза и графита, препятствующих агрегированию. С помощью электрооптического метода были измерены релаксационные зависимости электрооптических эффектов, отвечающие разным промежуткам времени после начала коагуляции коллоидов. По этим зависимостям определены функции распределения частиц и агрегатов из них по размерам и проведен анализ изменения этих функций в процессе коагуляции. Была продемонстрирована эффективность метода и его применимость для изучения кинетики коагуляции при быстром её протекании.

Аналитическими асимптотическими методами исследуются критические условия реализации электростатической неустойчивости различных азимутальных мод электропроводных жидкостей по отношению к внешним электростатическим полям, в которых поверхность струй приобретает индуцированные заряды. В качестве таких внешних полей выбраны перпендикулярные к оси симметрии невозмущенной струи однородное электростатическое поле, в котором струя принимает эллиптическую в поперечном сечении форму, и радиальное осесимметричное. Выведено аналитическое выражение для произвольной азимутальной моды капиллярных волн на поверхности эллиптической струи. Оказалось, что критические условия реализации электростатической неустойчивости азимутальных мод не зависят от их начальных амплитуд (несмотря на наличие взаимодействия между модами), но определяются радиусом струи, коэффициентом поверхностного натяжения жидкости, величиной напряженности внешнего электростатического поля и наличием стационарной деформации равновесной формы струи по сравнению с круговой в поперечном сечении. Для эллиптической струи построены временные зависимости амплитуд неустойчивых азимутальных волн при различных начальных условиях.

Адгезия льда играет важную роль при эксплуатации технических сооружений и техники в открытой атмосфере, где накопление водных осадков может угрожать безопасному функционированию индустриальных объектов. В этом обзоре мы рассматриваем адгезию льда и воды к различным поверхностям и обсуждаем механизмы адгезии водных сред к твердым поверхностям. Отдельное внимание уделяется роли поверхностных сил и квази-жидкого водного слоя в адгезии льда к твердым поверхностям. Рассматриваются факторы, определяющие величину прочности адгезионного контакта к современным антиобледенительным покрытиям, и обсуждается ее температурная зависимость.

Исследованы эффекты дифракции и ослабления света в магнитных эмульсиях с низким межфазным натяжением на основе масла гидросистем АМГ-10 при воздействии магнитного и гидродинамического полей. Предложена интерпретация эффектов на основе известного в оптике дисперсных систем приближения аномальной дифракции. При анализе поворота дифракционной картины во вращающейся эмульсии учтены особенности вращательной подвижности жидких микрокапель. Расчеты по такой модели позволили получить согласующуюся с экспериментом нелинейную зависимость угла поворота дифракционной картины от скорости вращения эмульсии.

Путем сравнительного анализа спектров внутреннего трения исследован диссипативный α– процесс релаксации в пленках поливинилового спирта (ПВС) и в супрамолекулярной композитной структуре, образующейся при формировании упорядоченных областей в системе ПВС-J₂ -KJ. Показано, что структурные изменения в образцах поливинилового спирта, происходящие при введении йода, вызывают увеличение релаксационной микронеоднородности всей системы в области температур α-процесса релаксации.

В рамках стохастической динамической модели процесса механической обработки металлических микропорошков в шаровой планетарной мельнице получены теоретические темпоральные (изменяющиеся во времени) зависимости параметрических характеристик логарифмически нормальных функций распределения частиц по их размерам для ряда металлов, принадлежащих к группам IIA, IIIB, IVA и VIA таблицы Менделеева. На основе решений кинетического уравнения Фоккера-Планка-Колмогорова теоретически рассчитаны вариации во времени наиболее информативных моментов указанных функций распределения. Показано, что предложенная методика обладает достаточными прогностическими возможностями для правильного предсказания временнóго поведения основных статистических характеристик канонических ансамблей вышеперечисленных порошковых систем, а также для темпорального гранулометрического анализа состава этих систем при их механообработке в шаровых мельницах.

Исследование испаряющейся капли жидкости, нанесенной на плоскую поверхность, имеет большое значение для физико-химических, технических и медицинских приложений. Предложены новые аналитические выражения для плотности пара, плотности потока испарения и полного потока испарения в единицу времени для медленно испаряющейся малой осесимметричной капли, установленной на плоскую подложку с произвольным значением контактного угла в диапазоне от 0 до 180о. При выводе использовалось известное в электростатике решение уравнения Лапласа для плоского клина, преобразованное методом инверсии на сфере в решение для линзы в биполярных координатах. Новые выражения математически эквивалентны формулам в тороидальных координатах, предложенным ранее [Yu.O. Popov, Phys. Rev. E. 71 (2005), 036313], однако плотность потока испарения в биполярных координатах имеет более простую форму однократного интеграла от комбинации элементарных функций, что дает преимущества с вычислительной точки зрения. Предложено также новое выражение плотности потока испарения в полярных координатах и выполнены графические построения зависимости плотности потока испарения от полярного угла при разных значениях контактного угла капли.

Залипание отдельных элементов микроэлектромеханических систем является серьезной проблемой, которая может проявляться на этапе изготовления или эксплуатации таких устройств. Для контроля этого процесса исследуется равновесное расстояние и энергия адгезии между поверхностями с нормальным распределением шероховатости. Обсуждаются характеристики исследуемых материалов, необходимые для расчетов, такие, как диэлектрические функции, шероховатость, пластические свойства материалов, а также кратко изложено базовое уравнение баланса сил. Проведены детальные расчеты для системы Si – Au в воздухе. Показано, что пластические свойства золота очень слабо влияют на энергию адгезии как функцию расстояния, но играют заметную роль для установления равновесного расстояния между поверхностями. Дальнодействующие дисперсионные силы доминируют в энергии адгезии для шероховатости со среднеквадратичным отклонением более 1 нм, поэтому энергия может быть рассчитана в рамках теории Лифшица.

В рамках термодинамики неравновесных процессов, на основе ранее предложенной автором ячеечной модели заряженного пористого слоя, вычислены капиллярно-осмотический и обратноосмотический коэффициенты ионообменной мембраны, рассматриваемые как кинетические коэффициенты матрицы Онзагера. Предполагается, что мембрана состоит из упорядоченной совокупности полностью пористых заряженных частиц сферической формы, помещенных в сферические оболочки, заполненные раствором бинарного электролита. Аналитически решены краевые задачи для определения капиллярно-осмотического и обратноосмотического коэффициентов такой мембраны в случае граничного условия Кувабары на поверхности ячейки. Рассмотрение ведется в рамках малого отклонения параметров системы от своих равновесных значений при наложении внешних полей. Исследованы различные частные случаи полученных точных аналитических формул, в том числе бинарного симметричного электролита и идеально-селективной мембраны. Показано, что для рассматриваемой ячеечной модели ионообменной мембраны нарушается принцип взаимности Онзагера – найденные перекрестные кинетические коэффициенты не равны между собой. Нарушение связывается с тем обстоятельством, что принцип взаимности работает только для систем в рамках линейной термодинамики необратимых процессов, для которых обобщенные потоки равны нулю при отличных от нуля термодинамических силах.

В обзоре систематизированы результаты последних лет по применению межфазной самосборки наночастиц галлуазита в трехмерные структуры. Нанотрубки галлуазита могут быть использованы для стабилизации эмульсий Пикеринга, микрокапсуляции живых микроорганизмов и самосборки на поверхности волос человека и шерсти млекопитающих. Охарактеризованы механизмы кинетических и физических свойств подобных структур, и возможные пути их применения в медицине, косметологии, биологии и ветеринарии.