Исследование теплофизических параметров граничных слоев полярных жидкостей акустоэлектронными методами

Гулгенов, Чингис Жаргалович

Исследование теплофизических параметров граничных слоев полярных жидкостей акустоэлектронными методами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Гулгенов, Чингис Жаргалович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Улан-Удэ МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование теплофизических параметров граничных слоев полярных жидкостей акустоэлектронными методами»

Автореферат диссертации на тему "Исследование теплофизических параметров граничных слоев полярных жидкостей акустоэлектронными методами"

004603938

На правах рукописи

Гулгенов Чингис Жаргалович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГРАНИЧНЫХ СЛОЕВ ПОЛЯРНЫХ ЖИДКОСТЕЙ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫМИ МЕТОДАМИ

Специальность 01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ИЮН 2010

Улан-Удэ-2010

004603930

Работа выполнена в Отделе физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН, г. Улан-Удэ

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Симаков Иван Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Щербаченко Лия Авенировна

Защита диссертации состоится "25" июня 2010 г. в 9_часов на заседании диссертационного совета ДМ.212.039.03 приГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» по адресу: 670013 г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 426, корпус 8.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ВСГТУ

Автореферат разослан ".25." мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Федоров Константин Никитич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Бурятский государственный университет»

доктор технических наук

Б.Б. Бадмаев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современная база знаний по теплофизическим свойствам жидкостей построена на многочисленных экспериментальных данных и широко используется в науке, технике и различных промышленных технологиях. Структура и физические свойства жидкостей в граничном слое, прилегающем к твердой поверхности, отличаются от структуры и свойств объемной жидкости. Структурные изменения в наибольшей степени проявляются в полярных жидкостях. В газовой среде, содержащей пар полярной жидкости, на поверхности твердого тела образуется наноразмерный адсорбционный граничный слой. Жидкость в граничном слое рассматривают как особую граничную фазу*.

Потребности промышленности в базе данных по теплофизическим параметрам с каждым годом возрастают. Накоплена достаточно обширная информация по теплофизическим параметрам жидкостей в объемной фазе, для жидкостей в граничной фазе имеются только немногочисленные разрозненные сведения. Отсутствие единой теории жидкого состояния не позволяет с приемлемой точностью определять термодинамические свойства жидкостей, как в объемной, так и в граничной фазах. Теоретический анализ теплофизи-ческих параметров граничных слоев жидкостей требует дополнительных приближений и допущений, и, соответственно, возникает потребность в подробных экспериментальных результатах. Поэтому теоретическое и экспериментальное исследование теплофизических параметров граничных слоев жидкостей является актуальной задачей.

Экспериментальное исследование теплофизических параметров граничных слоев жидкостей, затруднено в силу высоких требований предъявляемых к постановке эксперимента и методам их измерения. Важным инструментом исследования граничных слоев являются поверхностные акустические волны (ПАВ), которые чувствительны к изменению акустических, электро- и теплофизических параметров слоистых систем. Поэтому большое значение приобретает создание чувствительных акустоэлектронных методов исследования для измерения теплофизических свойств полярных жидкостей в граничной фазе и параметров адсорбционного слоя.

Целью работы является разработка акустоэлектронных методов исследования параметров граничных слоев полярных жидкостей и исследование теплофизических свойств воды в граничной фазе.

Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. - М.: Наука, 1987. - 389 с.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:

1. Анализ взаимодействия поверхностных акустических волн с тонким слоем жидкости на поверхности твердого тела. Выявление связи физических свойств жидкости в граничном слое с параметрами поверхностных акустических волн.

2. Изучение влияния температуры на параметры граничного слоя и свойства полярной жидкости в граничной фазе.

3. Разработка акустоэлектронных методов определения теплофизиче-ских параметров жидкости в граничном слое.

4. Создание установки и экспериментальное исследование теплофизи-ческих свойств адсорбированной воды разработанными акустоэлектронными методами.

Научная новизна работы:

1. Предложена модель взаимодействия ПАВ со слоистой системой «адсорбированная жидкость - пьезоэлектрическая подложка» при вариациях температуры. В рамках модели получено аналитическое выражение для расчета толщины адсорбционного слоя при температуре нулевого значения температурного коэффициента времени задержки (ТКЗ).

2. Разработаны акустоэлектронные методы, экспериментальная установка и измерительные ячейки, позволяющие исследовать адсорбционные процессы на поверхности твердого тела, акустические и теплофизические свойства полярных жидкостей в граничной фазе.

3. В слоистой системе адсорбированная вода - ниобат лития впервые экспериментально исследованы температурные зависимости следующих параметров: изменение затухания и скорости ПАВ, изменение времени задержки ПАВ и температурного коэффициента времени задержки, температурные изменения плотности и коэффициента теплового расширения адсорбированной воды.

4. Впервые предложен акустоэлектронный метод определения адиабатической скорости звука в граничном слое жидкости, основанный на регистрации изменения параметров разнонаправленных (отличающихся по скорости) ПАВ в слоистой системе.

Практическая ценность:

1. Разработанные акустоэлектронные методы и экспериментальная установка, позволяют исследовать теплофизические свойства воды и других полярных жидкостей.

2. Предложенные методы могут быть использованы для получения данных о модификации теплофизических свойств полярных жидкостей в гра-

ничном слое, а также для решения прикладных задач, связанных с проблемами энергетики и нанотехнологии.

3. Толщину адсорбционного слоя, рассчитанную при температуре нулевого значения ТКЗ, можно использовать в качестве реперной точки для калибровки изотермы адсорбции.

4. Обнаруженная корреляция температуры нулевого значения ТКЗ и точки росы может быть использована для определения влажности газовой среды.

Основные защищаемые положения:

1. Аналитические зависимости, связывающие параметры ПАВ и слоистой системы позволяют рассчитать скорость звука в граничном слое жидкости и на базе известных термодинамических соотношений определить комплекс теплофизических параметров жидкости в граничной фазе.

2. Температурный коэффициент времени задержки динамически равновесной слоистой системы «адсорбированная вода - ниобат лития» при определенном значении температуры равен нулю.

3. Плотность адсорбированной воды на 1,5 - 2 % больше плотности объемной воды и её тепловое расширение не имеет характерного минимума.

4. Толщина адсорбционного слоя, найденная из акустических измерений при нулевом значении ТКЗ, может быть использована как реперная точка при определении изотермы адсорбции.

5. Теплота адсорбции определяется зависимостью равновесного давления пара от температуры, при постоянной толщине адсорбционного слоя и нулевом значении ТКЗ.

Достоверность экспериментальных результатов подтверждается согласованностью результатов при измерении теплофизических характеристик разработанными АЭ методами и известными апробированными методами, проведением дополняющих друг друга контрольных измерений.

Личный вклад автора. Анализ проблемы и обсуждение результатов проводились совместно с научным руководителем. Диссертант принимал участие в постановке задач исследования, ему принадлежат все расчеты, выкладки. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат результаты, сформулированные в защищаемых положениях и выводах.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Акустика неоднородных сред (Новосибирск, 2006), Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в

электронике» (Москва, 2006), Байкальская школа по фундаментальной физике (Иркутск, 2006, 2007), XX сессия Российского акустического общества (Москва, 2008), Наноматериалы и технологии (Улан-Удэ, 2009), Физическая химия поверхностей и наноразмерных систем (Москва, 2010).

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 12 работ, го них 2 статьи - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации 110 страница, из них 19 рисунков, 2 таблицы, список использованной литературы из 102 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, поставлены цель и задачи исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость результатов диссертационной работы.

В первой главе приведены современные представления об особенностях формирования граничного слоя полярной жидкости на твердой поверхности и применении акустоэлектронных методов исследования для изучения адсорбционных процессов. Рассмотрены основные физические аспекты акустоэлектронных методов исследования параметров граничных слоев полярных жидкостей. Делается вывод о целесообразности использования поверхностных акустических волн для исследования теплофизических свойств жидкости в граничном слое. Раскрывается актуальность исследований теплофизических свойств жидкости в граничной фазе и необходимость разработки акустоэлектронных методов их исследования.

На основе дисперсионных уравнений, учитывающих механические и электрические воздействия жидкого слоя на параметры ПАВ (при условии А/А.« 1, где Л - толщина жидкого слоя, X - длина поверхностной акустической волны), получены приближенные аналитические выражения. Показано, что изменение затухания а и относительное изменение скорости ПАВ Аи/и при нагружении звукопровода тонким жидким слоем пропорционально к/Х

а ос Л/Я, Аи/и ос Л/Я.

Показано, что относительное изменение скорости ПАВ в системе «тонкий жидкий слой - пьезоэлектрическая подложка», учитывающее механиче-

скую А(Т) и электрическую В(Т) природу возмущения условий распространения поверхностных волн, при вариациях температуры определяется выражением:

v x

(1)

Разделение коэффициента пропорциональности выражения (1) на два слагаемых, учитывающих механические и электрические возмущения граничных условий, дает возможность исследовать как акустические, так и электрические свойства адсорбированной жидкости. Слагаемые коэффициента пропорциональности описываются следующими выражениями:

пК2сР(Т)ег(Т)

А(Т) =

Р/СЛ 2пр$(Т)

В(Т) = -

(2)

у]{Т)' (гР(Т)+\)2 '

где р/(7) и р.г (7)-плотность жидкости и твердого тела, соответственно; 1у(7) - скорость звука в жидкости; и1(Т) - скорость ПАВ, ер(Т), е/(7) -относительные диэлектрические проницаемости пьезоэлектрика и жидкости, К-коэффициент электромеханической связи.

Затухание поверхностной акустической волны в слоистой системе при вариациях температуры определяется выражением:

а (Т) = [М(Т)+Е(Т)]^1. (3)

Слагаемое коэффициента пропорциональности М(Т) учитывает механические потери энергии поверхностной волны под влиянием тонкого жидкого слоя. Слагаемое Е(Т) - затухание ПАВ, обусловленное потерями энергии в жидком слое, имеющими электрическую природу. Слагаемые коэффициента пропорциональности М(Т) и Е(Т) имеют следующий вид:

М(Г) = аДГ)-

и.2 (Г)-«/2 (Г)'

Е(Т) =

К2оз ер(Т)-вг(Т)-№Т)

(4)

2ип

[вр(Г) + 1Г

где tg6(T) - тангенс угла тепловых (диэлектрических) потерь в жидкости

слоя. Коэффициент затухания звука в жидкости а/ описывается известным уравнением Стокса - Кирхгофа:

аг

-Г] + аг

Су

р у

(5)

где © - круговая частота звуковой волны, т] - коэффициент сдвиговой вязкости, х - коэффициент теплопроводности, Су, Ср - теплоемкости среды при постоянном объеме и давлении соответственно. Естественно, что все величины в уравнении Стокса - Кирхгофа зависят от температуры.

Проведен анализ влияния температуры на параметры адсорбционного слоя и жидкости в граничной фазе. Показано, что при постоянной температуре физическая адсорбция увеличивается с ростом давления пара в газовой среде. С ростом температуры адсорбция уменьшается, т.к. вследствие возрастания энергии теплового движения все большая часть молекул адсорбата становится способной преодолеть притяжение к поверхности, - происходит десорбция. Таким образом, адсорбционный слой образуется в результате динамического равновесия одновременно протекающих процессов адсорбции и десорбции. Толщина адсорбционного слоя в такой динамически равновесной системе зависит от температуры.

На основе двухструктурной модели воды объяснено температурное изменение структуры воды в граничном слое. Согласно данной модели вода в граничной фазе состоит из тетраэдрической и плотноупакованной структуры. Изменение температуры воды в граничной фазе приводит к изменению соотношения молекул тетраэдрической и плотноупакованной структуры. Говорить о структурном изменении воды можно лишь в той мере, в которой число молекул тетраэдрической структуры больше или меньше числа молекул плотноупакованной структуры.

Показано, что температурное изменение структуры жидкости приводит к изменению таких параметров жидкости как вязкость и диэлектрическая проницаемость.

Численные оценки показали, что с увеличением температуры коэффициенты пропорциональности затухания (М+ Е) и изменения скорости (А + В) уменьшаются. Поскольку затухание и изменение скорости ПАВ пропорциональны толщине граничного слоя, то их температурная зависимость должна определяться изменениями (А + В) и (М+ Е). Следовательно, должна наблюдаться корреляция между затуханием и скоростью ПАВ.

Проведен анализ взаимодействия поверхностных акустических волн с тонким жидким слоем на поверхности пьезоэлектрика при вариации температуры. Численные оценки температурного изменения скорости поверхностной акустической волны при разных значениях толщины жидкого слоя показали, что с повышением температуры скорость ПАВ уменьшается, и это уменьшение становится более заметным с ростом толщины жидкого слоя. Затухание поверхностных акустических волн с ростом температуры уменьшается. Рост толщины жидкого слоя делает уменьшение затухания более выраженным.

Получено выражение для температурного коэффициента времени задержки слоистой системы адсорбционный слой жидкости - пьезоэлектрическая подложка:

где С, - температурный коэффициент времени задержки, который для данного материала подложки является постоянной величиной, 5[1пи(Л.)] / дТ- относительное изменение скорости ПАВ, обусловленное влиянием жидкого слоя. Скорость в этом случае зависит от толщины адсорбционного слоя. Температурный коэффициент времени задержки материала подложки определяется разностью температурных коэффициентов линейного расширения и изменения скорости £ = о(\п I) I дТ — 5(1п ю) I дТ.

На основе анализа выражения для температурного коэффициента времени задержки динамически равновесной слоистой системы установлено, что возможно существование нулевого и даже отрицательного значения ТКЗ слоистой системы. Численные оценки показали, что с ростом толщины адсорбционного слоя ТКЗ динамически равновесной слоистой системы уменьшается от положительного значения до отрицательного. При некоторой температуре Тт и толщине адсорбционного слоя Нт, которая зависит от длины ПАВ А, и слагаемых коэффициента пропорциональности (АТ + Вт), температурный коэффициент времени задержки принимает нулевое значение ЦТ,И) = 0. Наличие нулевого значения ТКЗ динамически равновесной слоистой системы позволяет точно определить толщину адсорбционного слоя при температуре Тт:

Толщина адсорбционного слоя И,„ может быть использована в качестве реперной точки для определения изотермы адсорбции й(р//?5)г при температуре Г= Т,„. Для этого достаточно построить изотерму адсорбции на основе измерений относительного изменения скорости ПАВ в зависимости от степени влажности, и учитывая пропорциональную зависимость ди/их к/Х, определить коэффициент пропорциональности при температуре Тт. Из последнего выражения с учетом полученного коэффициента пропорциональности изотерма адсорбции определяется однозначно.

Предложен метод измерения адиабатической скорости звука в адсорбированной жидкости, основанный на регистрации изменения скорости разнонаправленных ПАВ в слоистой системе «граничный слой жидкости - металлизированная пьезоэлектрическая подложка»:

'т

Х-АТ-дг С,-Х-АТ т(Ат + Вт)дТ ~ (Ат + Вт) '

(7)

где л, и у, - длина волны и скорость ПАВ, распространяющихся в направлении г = 1,2. Из условий неизменности /г, р_п /^-получим выражение

~---Х1 Д^ $

-V}

(9)

из которого можно определить адиабатическое значение скорости звука в адсорбированной жидкости ьу.

Показана возможность определения комплекса теплофизических параметров (показателя Пуассона, изохорической теплоемкости, изотермического и изохорического коэффициентов Грюнайзена, коэффициента объемного расширения, термического коэффициент давления) на основе данных адиабатической скорости звука в граничной жидкости, вычисленных по формуле (9).

Третья глава посвящена описанию экспериментальной установки и методов измерения основных акустических параметров. Разработана измерительная ячейка, позволяющая регулировать температуру исследуемой адсорбированной жидкости, задавать необходимую влажность в зоне адсорбции и проводить акустоэлектронные измерения. Описаны методы получения необходимого давления пара исследуемой полярной жидкости. Приведены уравнения для расчета относительного давления пара в зоне адсорбции.

Основными измеряемыми в эксперименте параметрами ПАВ являются затухание и изменение скорости ПАВ. Для их регистрации применяется модифицированный метод измерения малых изменений скорости и затухания поверхностных акустических волн, основанный на интерференции задержанного и прямого сигналов (рис. 1.). Сигнал с выхода генератора высокой частоты 1 подается на излучающий преобразователь линии задержки 1'. Задержанный сигнал с приемного преобразователя 2' поступает на вход усилителя 4. Одновременно с генератора 1 через аттенюатор 3 на вход усилителя подается опорный сигнал, амплитуда которого уменьшена до амплитуды задержанного сигнала. Суммарный сигнал, пройдя усилитель 4, попадает на вход

П.

Рис. 1. Блок-схема измерительной установки: 1 - генератор, 2 - линия задержки, 3 ■ аттенюатор, 4 - усилитель, 5 - осциллограф.

осциллографа или другого регистрирующего устройства 5. Величина суммарного сигнала зависит от соотношения фаз и амплитуд взаимодействующих сигналов. Баланс амплитуд достигается регулировкой опорного сигнала аттенюатором, а баланс фаз - перестройкой частоты генератора. Генератор удобно настраивать на частоту интерференционного минимума.

Любое изменение линейных размеров звукопровода, состояния поверхности и приповерхностной области подложки приводит к возмущению условий распространения ПАВ. В общем случае изменяются линейные размеры, скорость и амплитуда ПАВ, следовательно, меняются время задержки и частота интерференционного минимума А/// =-Ат/т. Изменение скорости ПАВ можно оценить из условия Аи /и = - А/7/ которое справедливо при неизменных линейных размерах подложки. Затухание можно определить по амплитуде сигнала, установившейся после подстройки частоты интерференционного минимума. Величина изменения затухания компенсируется аттенюатором.

На основе регистрации изменения параметров разнонаправленных (отличающихся по скорости) ПАВ в слоистой системе, разработана методика определения адиабатической скорости звука в жидкости, адсорбированной на металлизированной поверхности пьезоэлектрической подложки.

Рис. 2. Схема распространения поверхностных акустических волн

Схема расположения ПАВ-преобразователей, используемых в данной методике, представлена на рис. 2. Четыре встречно-штыревых преобразователя 2 и 3, нанесенных на поверхность пьезоэлектрической подложки 1, образуют две линии задержки. Полимолекулярная адсорбция пара полярной жидкости осуществляется на металлическую пленку 4, нанесенную между излучающими и приемными встречно-штыревыми преобразователями. Пунктиром выделена зона взаимодействия ПАВ с адсорбционным слоем.

Учитывая, что А/// = Аи/и, адиабатическую скорость звука О/В адсорбированной жидкости при отличии скоростей ПАВ на 5и = - и2 (о2/Ь! = 0,99) с точностью 1,5-10"3 %, можно оценить на основе приближенного выражения:

А/-)

(10)

»2 А/г и2

где А/£ - изменение частоты интерференционного минимума при полимолекулярной адсорбции пар исследуемой полярной жидкости.

Для регистрации изменения скорости ПАВ в слоистой системе используется описанный выше фазо-интерференционный метод измерения малых изменений скорости и затухания ПАВ.

Подробно изложен метод определения толщины адсорбционного слоя по формуле (7), основанный на экспериментальном измерении ТКЗ используемой подложки и расчете коэффициентов пропорциональности при температуре нулевого значения ТКЗ динамически равновесной слоистой системы.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям тепло-физических параметров полярной жидкости в граничной фазе (на примере адсорбированной воды) и апробированию акустоэлектронных методов их измерения.

0 5 10 15 20 25 ДГ,К

Дт/т-10"

1 1 1 1 1 Г 1 1 II i 1 1 1 1 1 1111 1 1 1 >"

д т=т- Tfí = 293 То С

V 2 1

Рис. 3. Температурная зависимость изменения времени задержки при распространении ПАВ (7) по свободной поверхности подложки (пластинки Уг-среза ЬГКЬ03) и (2) в слоистой системе ниобат лития -адсорбированная вода.

СК-'-Ю"5 12 11 10 9

7 6 5 4

1-1-1-1-1-1-Г

"I-1-г

АТ= Т- Т0 Т0 = 293 К

5.6 нм

11111

И нм 16

0,5

0,6

0,7

0,8

1 р'р.

Рис. 4.Температурная зависимость ТКЗ слоистой системы Приведены результаты исследования изменения частоты интерференционного минимума при вариациях температуры подложки слоистой системы адсорбированная вода - ниобат лития в диапазоне 293 - 323 К. По результатам данного экспериментального исследования с учетом того, что Л/// = -Дт/т, получена температурная зависимость изменения времени задержки ПАВ (рис. 3).

Видно, что температурная зависимость времени задержки ПАВ имеет нелинейный характер. Время задержки с повышением температуры вначале уменьшается и достигает точки минимума (при 295 К), а затем начинает монотонно увеличиваться. Такое поведение подтверждает наличие разнонаправленных процессов температурного изменения скорости в динамически равновесной слоистой системе адсорбированная вода — ниобат лития.

На основе экспериментальных данных температурной зависимости времени задержки проведена оценка изменения температурного коэффициента

времени задержки динамически равновесной слоистой системы адсорбированная вода - ниобат лития (кривая 2 рис. 4). Для этого брали производную полиноминальной функции по температуре, которая аппроксимировала температурную зависимость экспериментальных значений времени задержки. Из характера экспериментальной кривой времени задержки следует, что с ростом температуры ТКЗ слоистой системы увеличивается от отрицательного до положительного значения (кривая 2 рис. 4) и стремится к значению ТКЗ материала подложки (кривая 1 рис. 4). Нулевое значение ТКЗ совпадает с точкой минимума кривой изменения времени задержки. Используя известную зависимость относительного давления от температуры (например, уравнение Клапейрона - Клаузиуса) было исследовано влияние влажности на ТКЗ этой слоистой системы. С ростом влажности ТКЗ слоистой системы уменьшается и при влажности примерно 88 % принимает нулевое значение (кривая 2 рис 4). При дальнейшем увеличении влажности ТКЗ динамически равновесной слоистой системы принимает отрицательное значение.

Из экспериментальных кривых (рис. 5) видно, что увеличение температуры подложки приводит к уменьшению затухания ПАВ в слоистой системе. Это связано с тем, что с увеличением температуры толщина адсорбционного слоя уменьшается. Уменьшением толщины адсорбционного слоя объясняется и увеличение скорости ПАВ при нагревании подложки. Из эксперимента видно, что кривые изменения затухания 1 и уменьшения скорости ПАВ 2 в зависимости от температуры имеют схожий характер.

/МГц

Рис. 6. Температурная зависимость частоты интерференционного минимума. 1 ~p/ps = 0,9; 2-р/р„ = 0,96; 3 - p/ps = 1; t = 20 "С.

Рис. 7. Зависимость точки росы (7) и температуры нулевого значения ТКЗ (2) от относительного давления пара.

Были исследованы температурные зависимости изменения частоты интерференционного минимума при различных значениях относительного давления водяного пара. Анализ экспериментальных данных показал, что при уменьшении относительного давления пара понижается температура максимальной частоты интерференционного минимума (рис. 6). Максимальная температура частоты интерференционного минимума совпадает с температурой нулевого значения ТКЗ слоистой системы. Из рисунка 6 следует, что характер кривых 1-3 (р\<рг<ръ) практически не меняется. Температура нулевого значения ТКЗ уменьшается при понижении давления пара в ячейке в соответствии с уменьшением температуры точки росы.

Если считать водяной пар идеальным газом, то можно показать, что на основе уравнения Клапейрона - Клаузиуса для перехода вода <-> пар изменение давления линейно зависит от обратной температуры:

О 1

1пр = -——+ сопв*, (11)

XV 1

где Я - удельная теплота адсорбции, Д - универсальная газовая постоянная водяного пара. Экспериментальное значение давления пара и температуры при неизменной толщине адсорбционного слоя, что характерно для нулевого значения ТКЗ слоистой системы, позволяет определить теплоту адсорбции. Для этого температурная зависимость давления строится в полулогарифмических координатах, в этом случае тангенс угла ее наклона будет пропорционален теплоте адсорбции.

Точка росы зависит от влажности, при уменьшении относительного давления пара она также уменьшается. Её зависимость от относительного давле-

ния пара используется в гигрометрах точки росы. Из анализа экспериментальных и расчетных данных следует, что зависимости температуры нулевого значения ТКЗ и точки росы от относительной влажности хорошо коррелируют между собой (рис. 7.).

Температура нулевого значения ТКЗ выше температуры конденсации влаги (в эксперименте на ~ 2,3 К). При достижении температуры нулевого значения ТКЗ конденсация влаги отсутствует и загрязнений не образуется. Следовательно, можно использовать зависимость температуры нулевого значения ТКЗ от давления пара для определения относительной влажности газовой среды.

Проведены исследования теплового расширения адсорбированной воды. Для этого измеряли изменение скорости ПАВ и рассчитывали значение плотности по формуле, которая следует из уравнения (1) при В(Т) - 0:

Для определения плотности жидкости по формуле (2) было достаточно измерить скорость ПАВ с частотой/и ее изменение (Ду/ = - Д///). Чувствительность интерференционного метода к относительному изменению скорости достаточно высокая (~ 10"8 на частоте 100 МГц). Длина волны X задана размерами преобразователя. Толщину жидкого слоя й определяли независимым способом. Модуль упругости жидкости в граничном слое был принят таким же, как у объемной жидкости. Погрешность, вносимая использованием модуля упругости объемной воды, по оценкам не превышает 1%.

Измерительная ячейка состоит из двух секций (рис. 8). В первую секцию помещался запаянный с одной стороны стеклянный капилляр. Во вторую секцию помещалась пьезоэлектрическая подложка из ниобата лития с оптически полированной поверхностью, на которой методом фотолитографии были сформированы встречно-штыревые преобразователи 3 для возбуждения и регистрации ПАВ. На гидрофобную поверхность подложки термическим испарением в вакууме наносилась алюминиевая пленка 2 толщиной порядка 100 нм. При взаимодействии алюминия с атмосферным кислородом на пленке образуется окисный адсорбирующий слой А1203, толщина которого не контролировалась. Все стыки измерительной ячейки были обработаны парафином, чтобы исключить капиллярный эффект. Таким образом, влага адсорбировалась преимущественно на гидрофильную поверхность алюминиевой пленки.

Воздух из капилляра и второй секции откачивался. Капилляр частично заполнялся водой, как показано на рис. 8. Заполнение происходило в результате конденсации пара в охлаждаемом капилляре и прекращалось, когда столбик воды устанавливался в капилляре так, чтобы при температуре 0 °С

(12)

Рис. 8. Схема измерительной ячейки для изучения теплового расширения адсорбированной воды. 1 - подложка 1л№03, 2 - адсорбирующая пленка, , 3 - преобразователи ПАВ, 4 - капилляр (стекло), 5 - объектив катетометра,

6 - теплоизолятор

мениск был в крайнем положении смотрового окна. В первой секции, в которой размещался капилляр, поддерживалась температура Тъ несколько меньшая, чем температура Т2 во второй секции. Таким образом, во второй секции, в которой была размещена подложка, устанавливалось относительное давле-1 ние пара, соответствующее перепаду температур АТ= Тг - Т]. Изменением 1 разницы температур ДГ регулировалась относительная влажность и задавалась толщина адсорбционного слоя.

Изменение количества воды адсорбированной на поверхности алюминиевой пленки диаметром с1у вызывало перемещение мениска в капилляре диаметром ¿/2. Перемещение мениска М в капилляре измерялось катетометром с точностью отсчета ± 1 мк. Толщина адсорбционного слоя рассчитывалась из условия равенства массы адсорбированной воды и массы воды, переносимой из капилляра на адсорбирующую поверхность.

/1 = Д£(сг2/сг1)2. (13)

При расчетах предполагалось, что плотность воды в адсорбционном слое примерно равна плотности объемной воды и что слой воды имеет одинаковую толщину, усредненную по площади адсорбирующей поверхности. При обычных значениях параметров измерительной системы - ~ 10 ~2 м; ¿2 ~ 10~4м; А€ ~ 10~6м) чувствительность к изменению толщины жидкого слоя А/г составляет порядка 10"10 м.

О характере теплового расширения адсорбированной воды можно судить по результатам изменения ее плотности в зависимости от температуры.

На рисунке 9 представлен график теплового расширения адсорбированной воды (кривая 1) и для сравнения приведен график расширения воды в объемной фазе (кривая 2). Как видно из рисунка 9, расширение адсорбированной воды при нагревании от 0 до 10 °С происходит монотонно, без минимального объема (без максимума плотности) при 4 °С. Естественно допустить, что плотность адсорбированной воды при высоких температурах мало отличается от плотности воды в объемной фазе. Поэтому из данных по расширению адсорбированной воды можно сделать вывод о том, что ее плотность в диапазоне от 0 до 4 °С больше, чем плотность воды в объемной фазе. На основе измерения теплового расширения адсорбированной воды была получена температурная зависимость её коэффициента теплого расширения (кривая 3). С ростом температуры коэффициент теплового расширения адсорбированной воды линейно увеличивается.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлено влияние температуры на процесс полимолекулярной адсорбции пара, на физические свойства подложки и адсорбированной жидкости. В результате теоретического анализа получены: уравнения, описывающие взаимодействие поверхностных акустических волн с жидким слоем при вариациях температуры; уравнение для расчета температурного коэффициента времени задержки для динамически равновесной слоистой системы; урав-

Рис. 9. График теплового расширения воды.

нение для расчета толщины адсорбционного слоя при нулевом значении температурного коэффициента времени задержки.

2. Разработаны аналитические методы, описывающие взаимодействие поверхностных акустических волн с граничными слоями жидкости на поверхности твердого тела. В линейном приближении получены аналитические выражения для описания изменения затухания и дисперсии скорости ПАВ при вариациях температуры в системе тонкий жидкий слой - пьезоэлектрическая подложка. Показано, что механическая и электрическая составляющие изменения акустических параметров поверхностных волн вследствие нагру-жения поверхности тонким жидким слоем могут быть учтены независимо.

3. Предложены акустоэлектронные методы измерения параметров слоя и теплофизических свойств жидкости в граничной фазе. Продемонстрированы следующие возможности: получение изотерм и изобар адсорбции, вычисление теплоты адсорбции; изучение теплового расширения адсорбированной воды и определения температурной зависимости коэффициента теплового расширения; определение адиабатической скорости звуковой волны в жидкости граничного слоя и вычисление комплекса термодинамических свойств жидкости на основе измерений этой скорости;

4. Экспериментально исследованы изменение времени задержки при вариациях температуры подложки в динамически равновесной слоистой системе адсорбированная вода - ниобат лития. Установлено, что температурная зависимость относительного изменения времени задержки имеет характерный минимум. Показано, что в точке минимума температурный коэффициент времени задержки слоистой системы равен нулю.

5. На основе акустоэлектронного метода экспериментально получены изотермы относительного изменения скорости ПАВ в зависимости от степени влажности, из которых рассчитаны изотермы адсорбции на поверхности звукопровода линии задержки.

6. Исследовано тепловое расширение адсорбированной воды в диапазоне температур, в котором плотность объемной воды имеет максимальное значение. Показано, что в этом диапазоне температур тепловое расширение адсорбированной воды не имеет характерного минимума. На базе этих экспериментальных данных определено температурное изменение коэффициента теплового расширения адсорбированной воды.

7. Метод измерения малых изменений затухания и скорости поверхностных акустических волн был модифицирован с целью повышения его чувствительности. Чувствительность модифицированного варианта метода, реализованного в установке, составила при регистрации изменений скорости ~ 10"8 и ~ 10 ~5 дБ/см - при измерениях изменений коэффициента затухания.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж. Влияние адсорбированной воды на параметры поверхностных акустических волн при вариациях температуры под-

ложки // Вестник Тюменского государственного университета. - 2009. - № 6. -С. 52-59.

2. Симаков И .Г., Гулгенов Ч.Ж. Тепловое расширение воды адсорбированной на поверхности ниобата лития // Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск 3. Химия. Физика. - 2010. - С. 149-153.

3. Акустический метод исследования теплового расширения адсорбированной воды / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества, М.: ГЕОС, - 2008. - Т. 2. - С. 12-20.

4. Определение влажности по энергии нулевого значения температурного коэффициента времени задержки акустоэлектронного устройства / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, - 2008. - Т. 2. - С. 20-24.

5. Электроакустический метод измерения параметров наноразмерных граничных слоев адсорбированной воды / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Наноматериалы и технологии. Сборник научных трудов II Всероссийской научно-практической конференции. - 2009. - С. 225-230.

6. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж., Гомбоев Р.И. Взаимодействие поверхностных акустических волн с адсорбированной водой на поверхности ниобата лития // Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск 2. Химия. Физика.-2009.-С. 167-171.

7. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж. Влияние полимолекулярной адсорбции воды на параметры акустоэлектронных устройств // Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск 2. Химия. Физика. - 2009. - С.171-175.

8. Взаимодействие поверхностных акустических волн с адсорбционным слоем воды при вариациях температуры подложки / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гул-генов II Материалы Международной научно-технической конференции «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике». М.: МИРЭА, - 2006. - Ч. 1. - С. 96-100.

9. Акустоэлектронный метод измерения параметров наноразмерных адсорбционных слоев полярных жидкостей / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Сборник трудов по материалам IX конференции молодых ученых «Байкальская школа по фундаментальной физике». - Иркутск. - 2006. - С. 239-242.

10. Акустоэлектронный метод определения толщины адсорбционного слоя жидкости / Ч.Ж. Гулгенов // Сборник докладов IV конференции по фундаментальным и прикладным проблемам физики. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН. - 2007. - С. 19-22.

11. Влияние температуры на параметры поверхностной акустической волны в системе адсорбированная вода - ниобат лития / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Сборник трудов по материалам X конференции молодых ученых «Байкальская школа по фундаментальной физике». - Иркутск. - 2007. - С. 314-316.

12. Корреляция нулевого значения температурного коэффициента времени задержки с точкой росы / Ч.Ж. Гулгенов // Сборник докладов V конференции по фундаментальным и прикладным проблемам физики. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН. - 2008. - С. 37-40.

Подписано в печать 25.05.2010 г. формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 100. Заказ №25.

Отпечатано в типографии Изд-ва БНЦ СО РАН. 670047 г. Улан-Удэ ул. Сахъяновой, 6.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Гулгенов, Чингис Жаргалович

Введение

Глава 1. Анализ физических аспектов акустоэлектронного исследования граничных слоев жидкостей.

1.1. Формирование граничного слоя полярной жидкости на поверхности твердого тела.

1.2. Поверхностные акустические волны как инструмент исследования сорбционных процессов.

1.3. Влияние температуры на адсорбцию пара полярной жидкости и параметры упругих поверхностных волн.

1.4. Взаимодействие поверхностных акустических волн со слоем жидкости на поверхности твердого тела.

1.5. Связь между акустическими параметрами и теплофизическими свойствами жидкостей.

1.6. Выводы.

Глава 2. Влияние теплофизических свойств жидкости в граничной фазе на параметры поверхностных акустических волн.

2.1. Скорость и затухание поверхностных акустических волн в системе тонкий жидкий слой — пьезоэлектрическое полупространство.

2.2. Изменение параметров адсорбционного слоя и жидкости в граничной фазе при вариациях температуры.

2.3. Влияние температуры на параметры поверхностных акустических волн в слоистой системе.

2.4. Температурный коэффициент времени задержки в системе пьезоэлектрик -жидкий адсорбционный слой.

2.5. Определение тепло физических параметров граничной жидкости на основе измерений скорости звука.

2.6. Выводы.

Глава 3. Экспериментальная система и методы измерения основных акустических параметров.

3.1. Методы регистрации изменения затухания и скорости поверхностных акустических волн.

3.2. Способ получения необходимого давления пара исследуемой полярной жидкости.

3.3. Экспериментальная установка и измерительная ячейка.

3.4. Определение толщины адсорбционного слоя жидкости.

3.5. Выводы.

Глава 4. Экспериментальное изучение параметров адсорбционного слоя и теплофизических свойств воды в граничной фазе.

4.1. Изменение времени задержки при вариациях температуры в системе граничный слой воды — ниобат лития.

4.2. Затухание поверхностной акустической волны в системе граничный слой воды

- ниобат лития.

4.3. Определение изотерм адсорбции полярных жидкостей акустоэлектронным методом.

4.4. Температурный коэффициент времени задержки акустоэлектронного устройства во влажной газовой среде.

4.5. Корреляция температуры минимального значения изменения времени задержки и точки росы.

4.6. Исследование теплового расширения адсорбированной воды.

4.7. Выводы.-.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование теплофизических параметров граничных слоев полярных жидкостей акустоэлектронными методами"

Современная база знаний по тепло физическим свойствам жидкостей построена на многочисленных экспериментальных данных и широко используется в науке, технике и различных промышленных технологиях. Структура и физические свойства жидкостей в граничном слое, прилегающем к твердой поверхности, отличаются от структуры и свойств объемной жидкости. Структурные изменения в наибольшей степени проявляются в полярных жидкостях [1—5]. В газовой среде, содержащей пар полярной жидкости, на поверхности твердого тела образуется наноразмерный адсорбционный граничный слой. Жидкость в граничном слое удобно рассматривать как особую граничную фазу [1].

Потребности промышленности в базе данных по теплофизическим параметрам с каждым годом возрастают. Накоплена достаточно обширная информация по теплофизическим параметрам жидкостей в объемной фазе, для жидкостей в граничной фазе имеются только немногочисленные разрозненные сведения [6—11]. Отсутствие единой теории жидкого состояния не позволяет с приемлемой точностью определять термодинамические свойства жидкостей, как в объемной, так и в граничной фазах. Теоретический анализ теплофизических параметров граничных слоев жидкостей требует дополнительных приближений и допущений, и, соответственно, возникает потребность в подробных экспериментальных результатах. Поэтому теоретическое и экспериментальное исследование теплофизических параметров граничных слоев жидкостей является актуальной задачей.

Экспериментальное исследование теплофизических параметров граничных слоев жидкостей затруднено в силу высоких требований предъявляемых к постановке эксперимента и методам их измерения. Важным инструментом исследования граничных слоев являются поверхностные акустические волны (ПАВ), которые чувствительны к изменению акустических, электро- и теплофизических параметров слоистых систем [12— 20]. Поэтому большое значение приобретает создание чувствительных акустоэлектронных методов изучения теплофизических свойств полярных жидкостей в граничной фазе и параметров адсорбционного слоя.

Основу АЭ методов исследования составляют волны рэлеевского типа - упругие возмущения, распространяющиеся вдоль плоской поверхности твердых тел (обычно пьезоэлектрических и пьезополупроводниковых кристаллов) в относительно тонком приповерхностном слое. Энергия поверхностных волн сосредоточена в слое толщиной порядка длины волны. В пьезоэлектрической подложке поверхностные акустические волны (ПАВ) рэлеевского типа сопровождаются переменными электрическими полями, проникающими как в слой, в котором распространяется волна, так и за его пределы. На скорость и затухание поверхностной волны влияет обмен энергией между акустической и электронной подсистемами в приповерхностном слое подложки и в пленках, сформированных на ее поверхности [21].

Исследование распространения акустических волн с учетом тепловых поверхностных явлений и процессов необходимо для лучшего понимания взаимосвязи акустических и теплофизических параметров слоистой системы [21, 22]. Кроме того, результаты исследования представляют практический интерес для акустоэлектроники.

Для исследования теплофизических параметров граничных слоев полярных жидкостей можно воспользоваться чувствительными методами измерения затухания и скорости ПАВ [23].

Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:

2. Изучение влияния температуры на параметры граничного слоя и . свойства полярной жидкости в граничной фазе.

3. Разработка акустоэлектронных методов определения теплофизических параметров жидкости в граничном слое.

4. Создание установки и экспериментальное исследование теплофизических свойств адсорбированной воды разработанными акустоэлектронными методами.

Решение поставленных задач отображено в диссертации.

В первой главе приведены современные представления об особенностях формирования граничного слоя полярной жидкости на твердой поверхности и применении акустоэлектронных методов исследования для изучения адсорбционных процессов. Рассмотрены основные физические аспекты акустоэлектронных методов исследования параметров граничных слоев полярных жидкостей. Делается вывод о целесообразности использования поверхностных волн для исследования теплофизических свойств жидкости в граничном слое. Раскрывается актуальность исследований теплофизических свойств жидкости в граничной фазе и необходимость разработки акустоэлектронных методов их исследования.

Вторая глава посвящена изучению влияния граничного слоя жидкости на параметры ПАВ, а также развитию акустоэлектронных методов исследования теплофизических свойств жидкости в граничной фазе. Получены оригинальные результаты, описывающие скорость и затухание поверхностных акустических волн в слоистой системе «тонкий жидкий слой - пьезоэлектрическая подложка». Рассмотрены температурные изменения параметров слоя и жидкости в граничной фазе. Проведен анализ влияния температуры на параметры ПАВ в слоистой системе.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям теплофизических параметров полярной жидкости в граничной фазе (на примере адсорбированной воды) и апробированию акустоэлектронных методов их измерения. Экспериментально исследованы температурные зависимости изменения времени задержки, затухания ПАВ и температурного коэффициента времени задержки в системе слой адсорбированной воды — ниобат лития.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

3. Плотность адсорбированной воды на 1,5 — 2 % больше плотности объемной воды и её тепловое расширение не имеет характерного минимума.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации 110 страница, из них 24 рисунков, 2 таблицы, список использованной литературы из 102 наименований.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

4.7. Выводы

Экспериментально исследована дисперсия ПАВ в слоистой системе > «адсорбированная вода — ниобат лития». Обнаружено, что температурное изменение времени задержки в слоистой системе имеет нелинейный характер. С ростом температуры время задержки уменьшается, достигает минимального значения и снова увеличивается.

Показано, что характер изменения времени задержки с ростом температуры определяется двумя конкурирующими процессами:

1). увеличением времени задержки в результате теплового уменьшения скорости ПАВ и изменения линейных размеров звукопровода;

2). уменьшением времени задержки вследствие возрастания скорости ПАВ, при утончении адсорбционного слоя.

С увеличением температуры подложки влажность парогазовой среды в зоне адсорбции уменьшается, соответственно уменьшается толщина адсорбционного слоя. О характере температурного изменения толщины адсорбционного слоя можно судить по экспериментально измеренной зависимости затухания от температуры подложки.

Из экспериментальных данных изменения времени задержки рассчитан ТКЗ динамически равновесной слоистой системы «адсорбированная вода — ниобат лития». Показано, что с ростом температуры ТКЗ слоистой системы увеличивается от отрицательного до положительного значения, приближаясь к значению ТКЗ материала подложки.

Наличие нулевого значения ТКЗ дало возможность точно определить толщину адсорбционного слоя. Вычисленная таким образом толщина адсорбционного слоя была использована в качестве реперной точки для определения изотермы адсорбции.

Обнаружена корреляция между температурой нулевого значения ТКЗ слоистой системы и точкой росы. Показана возможность использования зависимости температуры нулевого значения ТКЗ от давления пара для определения относительной влажности газовой среды.

Обнаружено, что тепловое расширение адсорбированной воды в диапазоне температур, в котором для объемной воды наблюдается , максимальное значение плотности, происходит монотонно, без минимального объема, т.е. без максимума плотности при температуре 4°С.

Из анализа теплового расширения адсорбированной воды следует, что ее плотность в зоне максимального значения больше, чем плотность объемной воды. Это обстоятельство свидетельствует о модификации структуры воды в граничной фазе.

На основе данных о тепловом расширении адсорбированной воды была исследована температурная зависимость коэффициента теплового расширения адсорбированной воды.

Заключение

В настоящей диссертации обобщены результаты исследования теплофизических параметров полярных жидкостей в граничной фазе при вариациях температуры. Основные результаты можно сформулировать в следующем виде:

2. Разработаны аналитические методы, описывающие взаимодействие поверхностных акустических волн с граничными слоями жидкости на поверхности твердого тела. В линейном приближении получены аналитические выражения для описания изменения затухания и дисперсии скорости ПАВ при вариациях температуры в системе тонкий жидкий слой -пьезоэлектрическая подложка. Показано, что механическая и электрическая составляющие изменения акустических параметров поверхностных волн вследствие нагружения поверхности тонким жидким слоем могут быть учтены независимо.

3. Предложены акустоэлектронные методы измерения параметров слоя и теплофизических свойств жидкости в граничной фазе. Продемонстрированы следующие возможности: получение изотерм и изобар адсорбции, вычисление теплоты адсорбции; изучение теплового расширения адсорбированной воды и определение температурной зависимости коэффициента теплового расширения; определение адиабатической скорости звуковой волны в жидкости граничного слоя и вычисление комплекса термодинамических свойств жидкости на основе измерений этой скорости;

4. Экспериментально исследовано изменение времени задержки при вариациях температуры подложки в динамически равновесной слоистой системе адсорбированная вода - ниобат лития. Установлено, что температурная зависимость относительного изменения времени задержки имеет характерный минимум. Показано, что в точке минимума температурный коэффициент времени задержки слоистой системы равен нулю.

5. На основе акустоэлектронного метода экспериментально получены изотермы относительного изменения скорости ПАВ в зависимости от, степени влажности, из которых рассчитаны изотермы адсорбции на поверхности звукопровода линии задержки.

7. Метод измерения малых изменений затухания и скорости , поверхностных акустических волн был модифицирован с целью повышения его чувствительности. Чувствительность модифицированного варианта метода, реализованного в установке, составила при регистрации изменений скорости ~10-8 и ~ 10~5 дБ/см — при измерениях изменений коэффициента затухания.

Практическая ценность настоящей работы заключается в следующем:

2. Предложенные методы могут быть использованы для получения данных о модификации теплофизических свойств полярных жидкостей в граничном слое, а также для решения прикладных задач, связанных с проблемами энергетики и нанотехнологии.

В заключении хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю Симакову Ивану Григорьевичу. Автор глубоко благодарен всем сотрудникам лаборатории молекулярной акустики за постоянную поддержку и помощь в подготовке настоящей работы.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Гулгенов, Чингис Жаргалович, Улан-Удэ

1. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1987.-389 с.

2. Чураев Н.В. Тонкие слои жидкостей // Коллоид. Журн. 1996. - Т. 58; № 6. -С. 725-737.

3. Чураев Н.В. Развитие исследований поверхностных сил // Коллоид. Журн. — \ 2000. Т. 62; № 5. - С. 581-589.

4. Адсорбция / Физическая энциклопедия. М.: Сов. Энциклопедия, Т. 1. 1988. С. 30-32.

5. Адсорбция / Химическая энциклопедия. М.: Сов. Энциклопедия, Т. 1. 1988. С. 39-44. \

6. Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов. М.: Физматгиз, 1959. — 356 с.

7. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976.- 1008 с.

8. И.А. Васильева, Д.П.Волков, Ю.П. Заричняк Теплофизические свойства веществ СПб: СПбГУ ИТМО, 2004. - 80 с.

9. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей JL: Химия, 1982.-592 с.

10. Справочник химика / Под ред. акад. Б.П. Никольского. Т. 1. - М.: Химия, 1966.- 1072 с.

11. П.Варгафтик Н.Б. Справочник по тепло физическим свойствам газов и жидкостей. -М: Наука, 1972. 720 с.

12. Доржин Г.Б., Симаков И.Г. Акустическое исследование адсорбированных слоев жидкостей // Акуст. журн. 2002. - Т. 48; № 4. - С. 499-503

13. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж. Влияние адсорбированной воды на параметры поверхностных акустических волн при вариациях температуры подложки // Вестник Тюменского государственного университета. — 2009. № 6. - С. 52-59.

14. Гаршка Э., Юцис А, Гирюнене Р. Зависимость поперечной акустоэдс от акустостимулированной адсорбции на поверхности полупроводника // Лит. физ. сб. 1982.-Т. 22; №2.-С. 102-105.

15. Вьюн В. А. Нелинейные акустические явления в слоистых структурах пьезоэлектрик полупроводник: Дис. . д-ра физ.-мат. наук. - ИФП СО РАН, Новосибирск, 1996. - 295 с.

16. Использование поверхностных акустических волн для изучения поверхности п-кремния, обработанной кислородной плазмой / В. Кунигелис, А. Юцис, Г. Бернотас, А. Григонис // Лит. физ. сб. 1983. - Т. 23; № 5. - С. 88-91.

17. Use of acouctoelectronic interaction in studies of semiconductor surface / I.B. Yakovkin, V.A. Vyun // Proc. of the Intern. Simp.: Surface Waves in Solids and Layered Structures.-Novosibirsk, 1986,-V. l.-P. 183-200.

18. Анисимкин В.И., Максимов C.A. Метод поверхностных акустических волн для анализа физико-химических процессов на поверхности твердых тел // Поверхность. 1999. - №11. - С. 72-82.

19. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. — М.: Наука, 1981.-288 с.

20. Ноздрев В.Ф., Федорищенко Н.В. Молекулярная акустика М.: Высшая школа, 1 1974.-288 с.

21. Репинский С.М. Введение в химическую физику поверхности твердых тел. -Новосибирск: Наука, 1993.-223 с.

22. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика, М.: Наука, 1982. -584 с.

23. Адсорбция водяных паров на кварце, палладии и сплаве палладия с никелем / В. И. Анисимкин, С. А. Максимов, Ч. Калиендо, Э. Верона // Поверхность. -1998.-№3.-С. 73-78.

24. Товбин Ю.К. Теория физико-химических процессов на границе газ твердое 1 тело.-М.: Наука, 1990.-288 с.

25. Dupuis М., Mazo R., Onsager L. Surface specific heat of an isotropic solid at low temperatures // J. Chem. Phys. 1960. - V. 33; N 5. - P. 1452-1461.

26. В. В. Угрозов Обратимая кинетика физической адсорбции на однородной поверхности // Коллоид. Журн. 2009. - Т. 71; № 4. - С. 553-558.

27. А. Н. Новрузов, О. Р. Рахманова, А. Е. Галашев Компьютерное изучение структуры кластеров воды, абсорбировавших молекулы этана // Коллоид. Журн. 2008.-Т. 70; №1.-С. 71-77.

28. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1965. - 202 с.

29. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. -М.: Наука, 1984.-400 с.

30. Вьюн В.А., Ржанов А.В., Яковкин И.Б. Акустоэлектронные методы исследования поверхности полупроводников / Под ред. члена корр. РАН С.В. Богданова. Новосибирск: ИФП СО АН СССР, 1987. - 126 с.

31. Давыдов С.Ю., Марголин В.И. К теории акустодесорбции // Поверхность.-1983.-№8.-С. 5-9.

32. Универсальный газовый датчик на поверхностных акустических волнах / Р.Г. Крышталь, А.П. Кундин, А.В. Медведь, В.В. Шемет // ЖТФ. 2002. - Т. 72; Вып. 10.-С. 114-118.

33. Использование поверхностных акустических волн для изучения поверхности п-кремния, обработанной кислородной плазмой / В. Кунигелис, А. Юцис, Г. Бернотас, А. Григонис//Лит. физ. сб. 1983. - Т. 23; №5. - С. 88-91.

34. Исследование поверхности с помощью десорбции индуцированной электронами, ионами, фотонами и поверхностными волнами / Д. Лихтман // Новое в исследовании поверхности твердого тела: Под ред. Т. Джайядевайя, Р. Ванселова. М.: Мир, 1977.-Вып. 2.-С. 104-135.

35. Krischer С., Lichtman D. Observation of desorption from quartz induced by surface acoustic waves // Phys. Lett. 1973. - V. 44A; N 2. - P. 99-100.

36. Влияние адсорбированной влаги на электродные преобразователи / И.Г. Симаков, Р.И. Гомбоев // Исследования в области молекулярной физики: Сб. трудов ИЕН БНЦ СО РАН. Улан-Удэ, 1994. - С. 49-52.

37. Acoustoelectric method for researches and control processes on surface / G.B. Dorjin, I.G. Simakov, V.D. Bazarov // Proc. Inter. Symp.: Surface Wave In Solids And Layered Structures.-Novosibirsk, 1986.-V. 2.-P. 335-338.

38. Use of acouctoelectronic interaction in studies of semiconductor surface / I.B. Yakovkin, V.A. Vyun // Proc. of the Intern. Simp.: Surface Waves in Solids and Layered Structures.-Novosibirsk, 1986.-V. l.-P. 183-200.

39. Акустоэлектрические эффекты на упругих поверхностных волнах / В.Е. Лямов, С.Х. Сулейманов // Упругие поверхностные волны: Под ред. С.В. Богданова. -Новосибирск: Наука, 1974. С. 22-44.

40. Балакирев М.К., Гилинский И.А. Волны в пьезокристаллах. Новосибирск.: Наука, 1982.-240 с.

41. Оптимизация параметров поверхностных акустических волн путем использования многослойных структур / М.Ю. Двоешерстов, В.И. Чередник, А.П. Чириманов, С.Г.Петров//ЖТФ. 2003. - Т. 73; Вып. 10.-С. 101-105.

42. Балакирев М.К., Гилинский И.А. Волны в пьезокристаллах. — Новосибирск.: Наука, 1982.-240 с.

43. Волноводы для поверхностных акустических волн / А. Олинер // Поверхностные акустические волны: Под ред. А. Олинера. М.: Мир, 1981. - С. 226-269.

44. Гончаров B.C. Приближенное описание параметров вытекающей волны на границе твердого тела и жидкости // Акуст. журн. 1989. - Т. 35; № 5. - С. 944946.

45. Богданов C.B., Левин М.Д., Яковкин И.Б. О существовании поверхностной волны в системе слой полупространство // Акуст. журн. - 1969. — Т. 15; № 1. — С. 12-16.

46. Бауск Е.В., Лобанова Г.Л., Яковкин И.Б. Особенности дисперсии фазовой скорости и структура поверхностных волн в слоистых системах // Акуст. журн. 1979. - Т. 25; № 5. - С. 641-645.

47. Adler R. Simple theory of acoustic amplification // IEEE Trans. 1971. — V. SU-18; N3.-P.115-118.

48. Bierbaum P. Determination of electron mobilities in thin metal films from the attenuation of elastic surface waves // J. Acoust. Soc. Amer. — 1974. V. 55; N 4. - P. 766-774.

49. Hutson A.R., White D.L. Elastic wave propagation in piezoelectric semiconductors // J. Appl. Phys. 1962. - V. 33; N 1. - P. 40^7.

50. Андреев В.П., Усов B.C. О приближении упругой квазиизотропности среды в задачах акустоэлектроники // ЖТФ. 1981. - Т. 51; Вып. 10. - С. 2086-2087.

51. Статистическая физика поверхности / JI.K. Раннелс // Новое в исследовании поверхности твердого тела: Под ред. Т. Джайядевайя, Р. Ванселова. М.: Мир, 1977.-Вып. 1.-С. 44-63.

52. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука, 1964.-551 с.

53. А.В. Шавлов Электрические процессы при испарении и конденсации воды и льда // Коллоид. Журн. 2009. - Т. 71; № 2. - С. 267-274.

54. Типы и свойства поверхностных акустических волн / Дж. Фарнелл // Поверхностные акустические волны: Под ред. А. Олинера. М.: Мир, 1981. - С. 26-81.

55. Бирюков С.В., Гуляев Ю.В., Крылов В.В., Плесский В.П. Поверхностные акустические волны в неоднородных средах. М.: Наука, 1991. - 416 с.

56. Бурштейн А.И. Молекулярная физика.-Новосибирск: Наука, 1986.-288 с.

57. Энергия поли молекулярной адсорбции полярных жидкостей / И.Г. Симаков // I конференция по фундаментальным и прикладным проблемам физики: Тез. докл. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1999. - С. 68-69.

58. Вода. / Физическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1988. Т. 1. С." 294297.

59. Потапов А.А. Ориентационная поляризация: поиск оптимальных моделей. Новосибирск: Наука, 2000. — 336 с.

60. Структурная и сдвиговая релаксация в жидкостях / Т. Литовиц, К. Дэвис // Физическая акустика: Под ред. У. Мэзона. Т. 2; Ч. А. - М.: Мир, 1968. — С. 298-370.

61. Т. В. Смотрина, А. К. Смирнов Влияние воды на релаксационные процессы в биополимерных сорбентах // Коллоид. Журн. 2008. — Т. 70; №3. — С. 372-375.

62. Базарон У.Б. Низкочастотная сдвиговая упругость жидкостей. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2000. - 166 с.

63. Исследование диэлектрической релаксации воды в граничной фазе / Симаков И.Г., Гомбоев Р.И. // Сборник трудов по материалам IX конференции молодых ученых «Байкальская школа по фундаментальной физике». — Иркутск. 2006. -С. 232-235.

64. Акустические кристаллы: Справочник / Под. ред. Шаскольская М.П. М: Наука, 1982.-632 с.

65. Материалы и их влияние на характеристики устройств / А. Слободник, мл. // Поверхностные акустические волны: Под ред. А. Олинера. М.: Мир, 1981. С. 270-358.

66. Ляхов Н.З., Тазиев P.M. Приближенное дисперсионное уравнение для поверхностной акустической волны в системе тонкая пьезоэлектрическая пленка полупространство //Акуст. журн. - 1982. — Т. 28; № 3. — С. 375-380.

67. Zaitsev B.D., Joshi S.G., Kuznetsova I.E., Borodina I.A. Acoustic waves in piezoelectric plates bordered with viscous and conductive liquids // Ultrasonics. -2001.-V.39;N1.-P. 45-50.

68. Sakharov V.E., Kuznetsov S.A., Kozlov Yu.A., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Joshi S.G. Liquid level sensor using ultrasonic Lamb waves // Ultrasonics. — 2003. V.41; N4.-P. 319-322.

69. Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E. The energy density and power flow of acoustic waves propagating in piezoelectric media // IEEE Trans. UFFC., 2003. V.50; N12. - P. 1765-1771.

70. Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Joshi S.G. Improved equivalent circuits for acoustic plate wave devices // Ultrasonics. 2002. -V.40; N1-8. - P. 943-947.

71. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Joshi S.G. Temperature characteristics of acoustic waves propagating in thin piezoelectric plates // Proc. of IEEE Ultras. Symp., 2001, -V.l.-P. 157-160.

72. Zaitsev B.D., Joshi S.G., Kuznetsova I.E., Borodina I.A. Influence of conducting layer and conducting electrode on acoustic waves propagating in potassium niobate plates // IEEE Trans, on UFFC, 2001. V.48; N.2. - P. 624-626.

73. Kamioka Hiroaki. An instrument for ultrasonic measurement of small specimens // Jpn. J. Appl. Phys. Pt.-l. 1997. - V. 36; N 5. - P. 2896.

74. Методы анализа поверхностей: Под ред. А. Зандерны / Пер. с англ. М.: Мир, 1979.-582 с.

75. Интегральная решетка датчиков для анализа многокомпонентных тазовых смесей / В.И. Анисимкин, Э. Верона, В.Е. Земляков и др. //Письма в ЖТФ. -1998. Т. 24; № 16. - С. 40-45.

76. Каринский С.С. Устройства обработки сигналов на ультразвуковых 1 поверхностных волнах. М.: Сов. радио, 1975. -176 с.

77. Электроакустический метод измерения параметров наноразмерных граничных слоев адсорбированной воды / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Наноматериалы и технологии. Сборник научных трудов II Всероссийской научно-практической конференции. 2009. - С. 225-230.

78. Берлинер М.А. Измерение влажности. 2-е изд.-М.: Энергия, 1973.-400 с.

79. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж. Влияние полимолекулярной адсорбции воды на параметры акустоэлектронных устройств // Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск 2. Химия. Физика. 2009. - С.171-175.

80. Акустоэлектронный метод определения толщины адсорбционного слоя ' жидкости / Ч.Ж. Гулгенов // Сборник докладов IV конференции по фундаментальным и прикладным проблемам физики. — Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН. 2007. - С. 19-22.ь

81. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж., Гомбоев Р.И. Взаимодействие поверхностных акустических волн с адсорбированной водой на поверхности ниобата лития // Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск 2. Химия. Физика. -2009.-С. 167-171.

82. Определение влажности по энергии нулевого значения температурного коэффициента времени задержки акустоэлектронного устройства / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2008. Т. 2. - С. 20-24

83. Корреляция нулевого значения температурного коэффициента времени задержки с точкой росы / Ч.Ж. Гулгенов // Сборник докладов V конференции по фундаментальным и прикладным проблемам физики. — Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН. 2008. - С. 37^40.

84. Measurement of humidity using surface acoustic waves / S.G. Ioshi, I.G. Brace// IEEE ultrasonic symp. Proc. San Francisco, 1985. V.l; N 4. - P. 600-603.

85. Humidity sensing properties of uncoated and coated SAW delay lines / V.I. Anisimkin, I.M. Kotelyanskii, P. Verardi, E. Verona // Sensors and Actuators. 1995. -V. В 23.-P. 203-206.

86. Polymer-Based Capacitive humidity sensors: Characteristics and experimental results / G. Delapierre, H. Grage, B. Chambaz, L. Destannes // Sensors and actuators, 1983. -V.4.-P. 97-104.

87. Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж. Тепловое расширение воды адсорбированной на поверхности ниобата лития // Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск 3. Химия. Физика. 2010. - С. 149-153.

88. Акустический метод исследования теплового расширения адсорбированной воды / И.Г. Симаков, Ч.Ж. Гулгенов // Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества, М.: ГЕОС, 2008. - Т. 2. — С. 12-20.

89. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара-М.: Энергоатомиздат, 1984. 80 с.

90. Д.Эйзенберг, В.Кауцман Структура и свойства воды М.: Гидрометиоиздат, 1975.-280 с.

91. А. М. Толмачев, Д. А. Фирсов, К. М. Анучин, А. А. Фомкин Применение метода молекулярной динамики для расчета изотерм адсорбции спиртов в модельных порах активного угля // Коллоид. Журн. 2008. - Т. 70; №4. - С. 539-543.

92. А. М. Толмачев, Д. А. Фирсов, К. М. Анучин, А. А. Фомкин Моделирование адсорбции спиртов в щелевидной поре активного угля методом молекулярной динамики // Коллоид. Журн. 2008. - Т. 70; №3. - С. 528-538.