激光自混合干涉法纳米颗粒粒径的测量_NoRestriction.pdf

第14卷专辑 中 国 粉 体 技 术 V01．14 Suppl 2008年4月 Chhm and 2008 PowderScience Technology April 激光自混合干涉法纳米颗粒粒径的测量 王华睿1一，沈建琪1，蔡小舒1，于海涛1，魏月环1 (I．I：海珊工大学颗粒技两相流测}吐技术研究所，上海200093 2．徐州师范火学物理与电子工程学院，f【苏徐州27-1116) 摘要：纳米颗粒的独特性质往往由纳米颗粒的粒径决定，因此纳米颗粒粒径的测量具有重要的意义。本文中展示了一种新 的纳米颗粒粒径的测量技术，即激光自混合干涉技术(SMI)，与著名的纳米颗粒测量技术PCS和PCCS比较，该技术结构简 单、紧凑、系统易准直且成本低。在粒径反演中，本文对传统的Kacmmrz算法进行了改进，确保了反演结果的准确性，本文的 实验结果证实了激光自混合干涉技术结合改进的投影算法测量纳米颗粒粒径的可行性。 关键词：激光自混合干涉技术；纳米颗粒；颗粗粒径；投影算法 随着科学技术和工业生产的日益进步，纳米颗 被颗粒散射的光将发生多普勒频移。在自混合干涉 粒的应用更见，“泛，对纳米颗粒的测量特别是纳米 法中，后向散射光反馈回半导体激光谐振腔内发生 颗粒粒径的测量提出了迫切要求。在纳米颗粒粒径 激光自混合干涉效应，其产生的光强功率谱特性具 的测量中应用最多的是光子相关光谱法(PCS)和光有如下特点【2]： 子交叉相关光谱法(PCCs)11l。然而，PCS和PCCS 对于单粒径颗粒群，其光强功率谱特性为一个 方法有以下共同的缺陷：光路校准困难、实验装置复 洛伦兹函数13]： 杂和产品成本高。本文中提出的激光自混合干涉法 由于光源和探测元件集成在一个封装内，给光路的 舶)如2兀～n，了端j(1) 校准带来了很大的方便，简化了实验装置。另外，通 过傅立叶变换，在频域内研究激光自混合干涉信号， 枷)=f蛔Ak嚆] (2) 避免了数字相关器的使用，降低了实验和产品的成 D(石)=：坠 (3) 本。 j兀≯ 其中，a是颗粒的极化率；nU为入射光照区域内的 激光自混合干涉法(sMI)是指在激光应用系统 中激光器输出光被外部物体反射或散射后，其中一 平均颗粒数；倒为角频率，它代表频移的程度；，c是 部分光又反馈回激光器谐振腔，反馈光携载外部物 散射光的波数；n为液体的折射率；0为散射角，在 体信息，与腔内光混合后，调制激光器的输出功率， 因输出信号特点与传统的双光束干涉信号有相似之 温度；石是颗粒粒径；刀是溶剂(水)的粘度系数。 处，故被称为自混合干涉(SMI)。利用该法测量纳米 对于多分散系的颗粒群，其光强功率谱特性为 颗粒时，由于处于溶液中的纳米颗粒不断地做布朗 一系列洛伦兹函数的线性叠加或洛伦兹函数和粒径 运动，小颗粒的布朗运动相对剧烈，大颗粒的布朗运 分布函数乘积的积分： 动相对缓慢，反馈光的相位变化与布朗运动息息相 ‰)=P者绻‰Ⅶ㈩戈“州4) 关。因此，反馈光中带有颗粒粒径的信息，这部分光 返回激光器谐振腔，调制激光器的输出功率，引起激 其中，戈