Modeling the mass transfer in an aqueous solution of glycerol under the action of low-power laser radiation

Abstract

Приведено описание эксперимента по моделированию процесса массопереноса в водном растворе глицерина под действием лазерного излучения малой мощности, слабо поглощаемого раствором. Определена концентрация глицерина в водном растворе, при которой эффект массопереноса проявляется наиболее ярко. Приведены зависимости мощности излучения, прошедшего через область облучения, и температуры в ее центре от длительности облучения, подтверждающие эффект массопереноса. Ключевые слова: массоперенос, низкоинтенсивное лазерное излучение, раствор глицеринаВведение. Актуальность изучения процессов модификации структуры и свойств стекол различного состава под действием лазерного излучения обусловлена использованием подобных локальных микрообластей (ЛМО) в объеме стекла в качестве различных микрооптических элементов и интегральных микросхем [1][2][3]. Особой интерес представляет лазерная обработка силикатных пористых стекол (ПС), обладающих уникальными свойствами, например высокой степенью адсорбции за счет большой удельной площади поверхности и разветвленной структуры кремнеземного каркаса [4]. Кроме того, оптические характеристики и состав пластин ПС близки к плавленому кварцу -наиболее распространенному в природе материалу со стабильными свойствами [5]. Особенностью ПС является возможность их импрегнирования различными веществами. В зависимости от условий импрегнирования и свойств пропитки можно получать композитные материалы, поведение которых при лазерном облучении будет существенно различаться.Однако следует отметить, что в каналах даже не импрегнированного ПС всегда существуют наночастицы вторичного кремнезема (SiO 2 ), а также молекулы воды (H 2 O). Наличие этих веществ обусловлено, в первую очередь, условиями изготовления и последующего хранения пластин ПС в естественной среде [6,7]. Так, в работах [8-11] исследован процесс формирования ЛМО в объеме пластины ПС под действием сфокусированного лазерного излучения ближнего ИК-диапазона, которое практически не поглощалось материалом. Этот фактор исключает возможность нагрева ПС до температуры термоуплотнения (~900 ºC) в области перетяжки лазерного пучка, поэтому было высказано предположение о возникновении массопереноса при формировании ЛМО. Массоперенос тонкодисперсного аморфного кремнезема, гидратированного молекулами воды и выстилающего стенки каналов кремнеземного каркаса ПС, происходит за счет действия переменного электрического поля световой волны