Оптико-акустический метод регистрации динамики растворения наночастиц кремния при лазерном облучении

1. Оптико-акустический метод регистрации динамики растворения наночастиц кремния при модулированном лазерном облучении

Студент:Бондаренко Алексей Николаевич
Научный руководитель:Машкович Евгений
Александрович

2.

Использование наночастиц в медицине
Терапевтические методы
Активная адресная Пассивная адресная
доставка
доставка
Наночастица-носитель
Лекарственное
вещество
Распознающие
элементы
Защитная
оболочка
Диагностические методы

3.

Методы измерения концентрации суспензии наночастиц
1) По интенсивности
2) Флуоресценция
3) Оптоакустика
1)Поглощательная спектроскопия
Кювета с жидкостью
Лазер
X
Детектор
Кювета с жидкостью
и наночастицами
Лазер
X
Детектор
2)Флуоресцентная спектроскопия

4.

Оптоакустика
Модулированная
оптоакустика
Импульсная
оптоакустика
Отличия методов:
Непрерывный лазер
Скважность примерно равна
единицы
Использование
пьезокерамического
резонансного датчика
Синхронный приём на частоте
модуляции
• Импульсный наносекундный
лазер
• Большая скважность
• Использование
широкополосного датчика
• Ширина полосы несколько МГц

5.

Модулированная оптоакустика
Облучение
Гидрофон
(детектор)
Кювета
Поглощение
Локальный нагрев
Расширение
Звуковая
волна
Регистрация
звуковой
волны
Возникновение
волны давления
Генерация
звуковой волны
Оптический
прерыватель
Лазерное
Детектирование
излучение
Волна
давления
Расширяющаяся
частица

6.

Резонатор Гельмгольца
с –скорость звука в образце а)детектор на
дне кюветы.
l – длина горлышка
a –площадь сечения
V –объем сосуда
б)детектор в
кювете.
D
Сосуд
Узкое
горлышко
0
x
0
x
l
a
V
1)Среда, заполняющая
горлышко начинает
перемещаться в одну и
другую сторону
2)Из-за перемещения
среды в горлышке, среда
в сосуде испытывает
сжатие и разряжение,
тем самым изменяя
давление
Условия:
3)Разность давлений на
концах
горлышка(атмосферное
и внутреннее) и узость
горлышка приводят к
увеличению скорости
среды внутри горлышка.
Vсосуда >>Vгорлышка
l>a
L
L
L/2
a
a
c
1
f *
2 L x
c
f
2
a 2 D 2 / 4
L L
a2 x
2 2

7.

Зависимость частоты от амплитуды сигнала
A, mV
50
Датчик –на дне
Образец –этиловый спирт
Объем –4,5ml
fтеоретическая=4077Hz
fпрактическая =3810Hz
Амплитуда
40
30
20
10
f, Hz
Частота
0
L, cm
Зависимость частоты от заполнения кюветы образцом
4
3,5
3
2,5
6000
Заполнение кюветы
4,5
Теоретические данные
Практические данные
Датчик –в кювете
Образец –вода с раствором
наночастиц
f, Hz
Частота
6300
6600
6900
7200
7500
7800
8100
8400
8700
9000
9300
9600
9900

8.

Выбор лазера при CW оптоакустике
В эксперименте был использован CW лазер с длиной волны 445нм.
380 нм: H2O/Ge –6*10-8; Н2О /Si –10-7
445 нм: H2O/Ge –10-8; Н2О /Si –2*10-7
532 нм: H2O/Ge –10-8; Н2О /Si –4*10-7
800 нм: H2O/Ge –10-5; Н2О /Si –5*10-4

9.

Схема модулированной оптоакустики
Делительный
клин
держатель
кюветы
Детектор
Кювета
Непрерывный лазер
Оптический
прерыватель
Фотодиод
Блок управления О.П.
Синхронный
усилитель
Звукопоглощающая
подложка
Компьютер

10.

Предварительные эксперименты
Зависимость акустического сигнала от
концентрации нанокремния(1:100 и 1:1000)
Зависимость акустического сигнала
от концентрации нанокремния(1:1)
Зависимость акустического сигнала от времени

11.

Выводы
• Был освоен способ измерения концентрации суспензии
вещества с помощью метода модулированной
оптоакустики.
• Изучена зависимость акустического сигнала от частоты
модуляции.
• Проведено сравнение полученных результатов с
теоретической моделью.
• Выявлено, что уровень жидкости в кювете сильно
влияет на акустический сигнал.
• Начата подготовка программного комплекса для
одновременного снятия акустического сигнала,
температуры кюветы и мощности лазера.