ИСТИНА

Целями проекта являются: развитие оптических и акустических методов анализа транспортных явлений в дисперсных околокритических и сверхкритических флюидных системах в условиях пространственных ограничений молекулярного переноса в сверхкритическом компоненте системы; установление с использованием разработанных методов фундаментальных закономерностей, контролирующих взаимосвязь процессов упругого и квазиупругого рассеяния электромагнитного излучения видимого и ближнего ИК диапазона и акустических волн в дисперсных сверхкритических системах с транспортными явлениями в этих системах на мезоскопическом уровне; разработка на данной основе новых подходов в спектральной, диффузионно-волновой и акустической диагностике дисперсных микроструктурированных и наноструктурированных сред в условиях существенного влияния размерного эффекта на процессы молекулярной динамики. Методическую основу для выполнения проекта составят развиваемые заявителями методы диффузионно-волновой спектроскопии квазиупругого рассеяния и спекл-коррелометрии полного поля многократно рассеивающих дисперсных сред, спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света и спектрально-акустической диагностики в условиях пространственных ограничений молекулярной динамики в зондируемой среде, а также разработанные в ходе выполнения проекта рефлектометрические и рефрактометрические методики анализа дисперсионных характеристик околокритических и сверхкритических сред в наноразмерных пространственно-ограниченных системах. В качестве исследуемых объектов будут рассмотрены микро- и нанопористые среды, насыщаемые околокритическими и сверхкритическими флюидами, а также коллоидные суспензии микро- и наночастиц в сверхкритических флюидах.

В ходе выполнения проекта в 2011 году разработан и изготовлен лабораторный образец спекл-коррелометрической системы полного поля для зондирования дисперсных околокритических и сверхкритических систем в режиме детектирования рассеянного вперед лазерного излучения. Проведены экспериментальные исследования многократного динамического рассеяния лазерного излучения микро- и нанопористыми слоями насыщаемых околокритической и сверхкритической двуокисью углерода композитных материалов и полимеров в процессе изменения термодинамических параметров. Обнаружены эффекты оптического просветления слоев полимерных материалов, насыщенных сверхкритической двуокисью углерода, при изотермическом увеличении давления в системе и медленной релаксации динамического рассеяния лазерного излучения в сверхкритической области при скачкообразном уменьшении давления в системе. Разработана теоретическая модель для расчета структурных функций флуктуаций интенсивности лазерного излучения, многократно рассеянного сверхкритическими пористыми дисперсными средами. Получены эмпирические зависимости оптических характеристик сверхкритических дисперсных систем разных типов от термодинамических параметров системы. Получены зависимости времени релаксации динамического рассеяния в полимерных слоях от температуры сверхкритической составляющей и величины скачка давления в системе, позволяющие оценить транспортные параметры сверхкритического флюида в пористых средах. Методом КАРС-спектроскопии исследовано поведение колебательных спектров двуокиси углерода в условиях нанопор при околокритической и сверхкритической температурах. Исследованы КАРС-спектры Q-полосы высокочастотной компоненты фермиевского дублета при изотермическом сжатии в широком интервале давлений, позволяющем реализовать переход двуокиси углерода в конденсированное состояние внутри пор. Разработаны лабораторные образцы волоконно-оптического рефлектометрического датчика и акустической системы для диагностики околокритических и сверхкритических сред в условиях изменения термодинамических параметров среды, а также соответствующие методики. В ходе выполнения проекта в 2012 году в результате измерений малоуглового диффузного пропускания света насыщенными околокритическими флюидами пористыми слоями в зависимости от давления флюида установлен и обоснован механизм капиллярной конденсации в мезопористых матрицах при изотермическом увеличении давления в системе «мезопористая матрица – околокритическая среда». Показано, что при подходе к критической точке снизу процесс капиллярной конденсации среды в мезопорах контролируется при заданной фиксированной температуре первой производной коэффициента поверхностного натяжения жидкой фазы по температуре. Для определения объемной доли конденсированной жидкой фазы в мезопорах может быть применена модифицированная модель капиллярной конденсации Кельвина, учитывающая влияние масштабного фактора на термодинамические характеристики жидкой фазы. Выше критической точки зависимость диффузного пропускания пористого слоя от давления сверхкритического флюида контролируется величиной показателя преломления флюида при заданных значениях его плотности и температуры. Явление изотермического возрастания коэффициента малоуглового диффузного пропускания пористого слоя при увеличении давления насыщающего сверхкритического флюида может быть интерпретировано как проявление эффекта Христиансена. Установлены закономерности динамической фазовой модуляции лазерного излучения, многократно рассеянного системой «пористая среда – околокритический флюид» при квазиравновесном изотермическом изменении давления в системе. При малых скоростях изменения давления (и соответственно, малых скоростях изменения деформированного состояния пористой матрицы), когда процессом вязкоупругой релаксации матрицы можно пренебречь, корреляционная функция интенсивности спекл-модулированного рассеянного излучения может быть представлена фурье-образом функции плотности вероятности оптических путей парциальных составляющих рассеянного светового поля в матрице. Показано, что при заданной скорости изменения давления параметр фурье-преобразования определяется произведением усредненного по интервалу наблюдения показателя преломления флюида, его изотермической сжимаемости и дробно-рациональной функции его плотности. С использованием статистического и корреляционного анализа динамических спеклов, формируемых при многократном рассеянии лазерного излучения в системах «мезопористый слой – околокритический флюид» в условиях скачкообразного изменения давления в системе при постоянной температуре установлены фундаментальные особенности релаксации подобных систем при переходе из одного стационарного состояния в другое. Показано, что в зависимости от физико-механических характеристик пористой матрицы могут быть реализованы различные режимы релаксации. В случае жесткой недеформируемой матрицы время релаксации системы определяется временем гидродинамической релаксации. В случае нестационарного переноса флюида в деформируемой пористой матрице, обладающей вязкоупругими свойствами, время релаксации существенно превышает характерное значение гидродинамического времени релаксации и возрастает по степенному закону при увеличении сжимаемости флюида по мере приближения к критической точке.