
流动双折射(Flow Birefringence),也称为应力双折射或流致双折射,是一种特殊的物理光学现象。以下是其详细解释:
中文释义
流动双折射指各向同性液体在剪切流动状态下产生光学各向异性,从而表现出双折射性质的现象。当透明流体(如高分子溶液、胶体)受外力作用产生速度梯度时,其分子或粒子沿流动方向定向排列,导致光线通过时出现双折射效应。
英文对照
当流体受剪切力作用时(如通过毛细管或旋转装置),其内部产生速度梯度(速度场的不均匀分布)。这种力学环境导致以下变化:
$$ Delta n = C cdot sigma $$
其中 ( C ) 为应力光学系数(单位:m²/N),是材料本征属性。
通过测量双折射强度可非侵入式表征熔体/溶液的分子取向度及松弛特性,例如监测注塑成型中聚合物链的拉伸状态。
用于微通道内流场可视化,通过双折射图案反演剪切应力分布(图1)。
分析蛋白质溶液、DNA等生物大分子的构象变化,如病毒颗粒在血流中的取向动力学。
Bird R.B., Armstrong R.C., Hassager O. Dynamics of Polymeric Liquids. Vol 1, Wiley (1987).
(高分子流体动力学标准著作,第7章详述流变-光学理论)
Fuller G.G. "Optical Rheometry". Annual Review of Fluid Mechanics (1990) 22:387–417.
(系统综述流动双折射测量原理与装置)
ASTM D4092 - "Standard Terminology for Plastics: Dynamic Mechanical Properties"
(明确将流动双折射纳入高分子光学表征术语体系)
物理量 | 符号 | 单位 | 物理意义 |
---|---|---|---|
双折射差 | Δn | 无量纲 | 平行与垂直折射率之差 |
剪切应力 | σ | Pa | 流体内部单位面积作用力 |
应力光学系数 | C | m²/N | 材料光学响应灵敏度指标 |
取向角 | χ | 度 (°) | 分子主轴与流动方向夹角 |
参见经典文献:
流动双折射是一种特殊的光学现象,指液体或溶液在流动或受剪切力作用时,因内部不对称分子定向排列而产生的双折射效应。以下是详细解释:
基本原理
双折射是指光线进入各向异性介质时分裂为两束折射率不同的偏振光现象(寻常光和非寻常光)。流动双折射的特殊性在于,其各向异性并非来自晶体结构,而是由流体动力学引起分子定向排列所致。
产生条件
应用领域
与普通双折射的区别
普通双折射源于晶体固有各向异性(如方解石),而流动双折射是动态过程,停止流动后效应可能消失。
典型实例包括聚合物溶液在管道流动时,因分子链拉伸排列导致光线通过时出现双折射条纹,这种现象可用于观测流体内部应力分布。
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