• 光泳

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    光泳

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    光泳表示懸浮在氣體氣溶膠)或液體水膠體)中的小顆粒在被足夠強的光束照射時開始遷移的現象。 這種現象的存在歸因于流體介質中被照射粒子的溫度分布不均勻。 與光泳不同,在不同種類粒子的流體混合物中,某些種類粒子的遷移可能是由于它們對熱輻射和其他熱效應的吸收差異,統稱為熱泳。 在激光光泳中,一旦粒子的折射率不同于周圍介質,粒子就會遷移。 當激光輕微聚焦或未聚焦時,通常可能發生顆粒遷移。 由于吸收和散射光子動量轉移,與其周圍分子相比具有更高折射率的粒子遠離光源。 這被稱為輻射壓力。 該力取決于光強度和顆粒大小,但與周圍介質無關。 就像在克魯克斯輻射計中一樣,光可以加熱一側,氣體分子以更快的速度從該表面反彈,從而將粒子推向另一側。 在一定條件下,直徑與光波長相當的粒子,由于激光照射粒子正反兩面產生的熱量不均等,會產生負間接光泳現象,從而在粒子內部產生溫度梯度。 粒子周圍的介質使得粒子遠離光源的一側的分子可能會升溫更多,從而導致粒子向光源移動。

    如果懸浮粒子在旋轉,它也會經歷雅可夫斯基效應。

    光泳現象的發現通常歸功于 1920 年代的費利克斯·埃倫哈夫特 (Felix Ehrenhaft),盡管更早的觀察是由其他人(包括奧古斯丁-讓·菲涅耳)做出的。

    光泳的應用

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    光泳的應用擴展到科學的各個部門,從而擴展到物理學、化學以及生物學。 光泳應用于粒子捕獲和懸浮、粒子的場流分離、微觀粒子的熱導率和溫度的測定以及煙塵粒子在大氣中的傳輸。 根據光的光學特性,在顆粒氣溶膠的分離中使用光,可以分離具有相同空氣動力學尺寸的有機和無機顆粒。

    最近,有人建議將光泳作為單壁碳納米管手性分選機制。 所提出的方法將利用由電子結構中的光激發躍遷引起的半導體碳納米管吸收光譜的差異。 如果開發出該技術,其速度將比目前建立的超速離心技術快幾個數量級。

    2021 年,阿扎迪、波波夫等人。 報告具有納米結構表面的宏觀聚合物薄膜的光驅動懸浮作為長期近太空飛行的候選者使用與太陽光相當的光強度,他們懸浮由涂有碳納米管的 0.5 微米厚聚酯薄膜制成的厘米級圓盤 在一邊。 Schafer、Kim、Vlassak 和 Keith 的實驗表明,出于大氣科學目的,特別是監測高海拔天氣,光泳力可以無限期地懸浮地球平流層中 10 厘米的薄結構。 他們在 2022 年描述了一個初步設計,該設計采用可用的 10 厘米直徑設備的方法制造,該設備將兩個膜的懸浮結構結合在一個剛性支撐結構中,該結構經過測試具有足夠的強度來承受 25 公里高度的運輸、部署和飛行。

    光泳

    有效載荷容量為 300 毫克,可以支持超過 10 Mb/s 的雙向無線電通信和一些導航控制。 通過升級結構,它可能攜帶幾克的有效載荷。 他們建議用于電信和在火星上部署。

    光泳理論

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    直接光泳是由光子動量通過折射和反射傳遞給粒子引起的。 當粒子是透明的并且折射率大于其周圍介質時,粒子會向前移動。 當顆粒僅在照射側吸收入射光時,由于分子動能增加而發生間接光泳,從而在顆粒內產生溫度梯度。 在這種情況下,周圍的氣體層與顆粒表面達到溫度平衡。 在氣體溫度較高的區域具有較高動能的分子比在寒冷區域的分子以更大的動量撞擊粒子; 這會導致粒子遷移。

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    1. 光泳
    2. 光泳的應用
    3. 光泳理論

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