Недавно мы поделились новостью о публикации сотрудников нашей кафедры в научном журнале...
Недавно мы поделились новостью о публикации сотрудников нашей кафедры в научном журнале Laser & Photonics Reviews. Центральным результатом этого исследования является фотонагрев оптически прозрачной микроэмульсии. ⚡️Как это работает? Обычно, чтобы превратить свет в тепло в биологии или химии, используют специальные «агенты»: красители, фотосенсибилизаторы или золотые наночастицы. Но что, если среда полностью прозрачна и не содержит никаких добавок? Как оказалось, прозрачную среду можно нагреть оптическим излучением, если она становится пространственно-неоднородной или гетерогенной. Этот экспериментальный факт следует из появления в спектрах комбинационного рассеяния света широкополосного фонового излучения, известного как электронное рассеяние света. 🔬Рассмотрим два эксперимента В работе использовалась микроэмульсия «ПАВ/вода/декан», в которой образуются обратные мицеллы. Эта микроэмульсия полностью прозрачна при комнатной температуре. Если её нагреть до определённой температуры (температуры перколяции), мицеллы образуют сначала отдельные кластеры, а потом перколяционную структуру, что подтверждается появлением сквозной электрической проводимости. Если нагреть микроэмульсию слишком сильно (выше точки перколяции), она мутнеет из-за опалесценции благодаря фазовому расслоению раствора – декан поднимается вверх, вода вместе с ПАВ опускается вниз. Именно эти факты использовались в эксперименте по наблюдению фотонагрева. 🔹 Эксперимент 1: нагрев термостатом Микроэмульсию медленно нагревали от 23°C до 33°C. При 32°C раствор начинает мутнеть от края ячейки, вблизи которого находится нагревательный элемент. По мере увеличения температуры раствор мутнеет в радиальном направлении к центру ячейки: происходит фазовое расслоение микроэмульсии. Перколяционный переход происходит чуть раньше — при 27°C. 🔹 Эксперимент 2: нагрев лазером Во втором эксперименте микроэмульсия нагревается термостатом только до 31°C, чтобы избежать режима опалесценции. Во время нагрева её освещают лазером (633 нм, 20 мВт). В видеозаписи эксперимента можно наблюдать: как только температура достигла 27°C (точка перколяции), лазерный пучок начал сильно рассеиваться. При выключении лазера в том месте, где находился центр пучка, происходит помутнение, которое могло возникнуть только из-за дополнительного фотонагрева. ❗️Почему это доказывает нагрев? Опалесценция — это температурный маркер. Если в объёме среда ещё прозрачна (31°C < 32°C), но в лазерном пятне возникает помутнение, значит, локальная температура в центре пучка превысила температуру, при которой возникает опалесценция. Поскольку разница между точками перколяции и опалесценции составляет 5 °C, можно оценить: температура в центре пучка минимум на 5 °C выше температуры термостата. Это прямое экспериментальное доказательство фотонагрева за счёт рассеяния, а не поглощения света! ⚙️Физика явления В точке перколяции микроэмульсия становится сильно неоднородной: возникновение наноразмерных перколяционных кластеров приводит к изменению электронной структуры и электронному рассеянию света, которое, как было показано в предыдущих работах авторов, неразрывно связано с фотонагревом.