切变波的能量耗散在固液界面结构与动力学研究中的应用

切变波在液体中传播时，它的穿透深度可小至亚微米量级，接近固液界面的尺度，因此，通过测量切变波在固液界面的耗散行为，可以有效地研究固液界面的滑移现象，得到固液界面处液体分子的构象和动力学行为。应用本课题组研制成功的基于倒扭摆的高精度流变仪和基于原子力显微镜的微流变仪，测量切变波在液体（水、液晶和高分子溶液）与固体表面形成的固液界面的能量耗散；通过改变固体表面的性质（利用物理、化学方法得到不同亲、疏水或不同织构形态），研究液体在不同性质固体表面的滑移行为；结合分子动力学方法研究液体分子（水分子、液晶分子、高分子）在固液界面的构象、状态及其与固体表面的相互作用力（如：锚定力），研究固液界面滑移现象的原子或分子级的物理机制；施加不同的外场（温度、电、磁场），通过测量切变波在固液界面上耗散行为的变化，研究固液界面处液体分子对外场的动力学响应和弛豫行为，进而得到外场对液体分子构象、状态的影响。

1）在倒扭摆的基础上成功研制了高精度的软物质粘弹谱仪，它能有效地测量固-液界面中切变波的能量耗散，具有精度高，测量频率宽的特点，技术水平达到国内领先，国际先进，申请国家发明专利1 项，并将此技术转让给广州市瀚新科技公司，正在形成商品化仪器，已销售了二台软物质粘弹谱仪。.2）利用成功研制的软物质粘弹谱仪，我们开展了切变波的能量耗散在固液界面结构与动力学研究中的应用研究，a) 研究了固体（不锈钢）与电流变液(二氧化钛的硅油体系) 界面的力学耗散行为，发现：1,固体与电流变液体界面的力学耗散会随电场的大小而变化，出现能量耗散峰，这表明了电流变液体在一定电场下会发生液-固相变，这为电流变体的研究提供了一个很有意义的工具。2，固体与电流变液体界面的切变波能量耗散会随着交变应力的施加而变化，表明电流变液体的结构会除了会受电场调制外，还会受到交变应力的影响，同时也清楚地说明固体与电流变液体界面的切变波能量耗散是一探测其结构变化的灵敏工具；3，在一定电场作用下，固体与电流变液体界面的切变波能量耗散出现一共振吸收频率峰，表明出现切变波共振结构，它和电流变液体的浓度、外加电场大小有关。b) 5CB液晶在液晶相时切变波在固液界面处的能量耗散在外电场的作用下出现振荡行为，而且周期很大，达几十分钟；在高温时5CB处于真正的液态，切变波在固液界面的能量耗散不受电场的影响；.3）在倒扭摆的基础上发展了切变波力学共振吸收谱仪，它通过测量扭摆的力学损耗--频率谱能有效地探测、研究固液界面以及复杂液体内部的共振模式。它是一种全新的力学研究方法，本课题组从理论和实验方法上基本上建立了力学共振吸收谱学的框架；同时利用共振吸收谱研究了a)颗粒物质的共振吸收谱，发现并研究了颗粒物质表面波模式所对应的共振吸收谱；b)电流变液的共振吸收谱，发现电流变液体在一定电场作用下会表现出共振吸收峰，它反映了电流变液体的结构。.4）在原子力显微镜的基础上，研制出力学共振吸收谱仪，它具有很宽的频率范围和很高的灵敏度；我们研究了水的表面波的共振吸收谱，发现了其相应的共振吸收峰，证实了它所满足的色散关系；研究了细胞的共振吸收谱，得到了一些有意义的结果；. 我们成功研制了一系列的力学谱仪，特别是力学共振吸收谱仪；我们对固-液、液-气界面的切变波能量耗散行为进行较为深入的研究，得到了一些有意义的结果，相关工作已经或正在撰写论文。