磷酸中声致发光现象的实验研究

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在超声作用下,液体中会出现空化气泡,加大声压,会出现大量气泡发光的现象,称为多泡声致发光。合适的超声驻波声场能够使得单个气泡在除气的液体中实现稳定的悬浮及发光,称为单泡声致发光。本论文主要介绍了我们对于水中和磷酸中声致发光的实验研究工作。在重复水中单泡声致发光的经验基础上,我们搭建了多气泡声致发光的实验装置和测量系统。可以观察多泡声致发光现象并测量发光强度和光谱。我们对多种液体(磷酸、水、磷酸钠溶液)中的声致发光强度和光谱进行了测量。我们发现,通过搅拌液体,在液体中产生漩涡,可以将多泡集中在漩涡区域,大幅度提高多泡发光强度,大大提高光采集效率,容易测得发光光谱。在磷酸和磷酸钠溶液的声致发光谱中,我们观察到几处可能的谱峰。磷酸中多泡声致发光也具有周期性,气泡基本是按照驱动信号的频率同步发光。同时还存在一些次级气泡,它们相对数量少,发光强度只有主级气泡的五分之一左右,发光周期和驱动信号相同。不同的驱动频率会影响气泡的类别和数量。通过理论计算我们得出:气泡的初次发光时间是和气泡初始半径密切相关的,一般气泡半径增大,发光时间就要迟一些。这就解释了光强图中出现的主次级交错出现的情况。对于不同液体中的多泡声致发光进行比较,我们发现:磷酸中的声致发光强度远远大于水中,同时磷酸钠能够瞬时减弱磷酸的发光强度。通常的声致发光装置是通过液体中三维驻波或腔体共振实现声聚焦。比如使液体装在一个圆柱形的瓶子里,高度和直径都在10cm左右的线度。前面几个现象都是在这样一个装置中观察到的。将液体高度降到几个毫米,液体近似呈二维分布,在这种情况下,我们同样观察到声致发光现象,声致发光强度随液面高度不是简单递减或者递增的关系,而是存在有一个减弱增强再减弱的过程。
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