
流動雙折射(Flow Birefringence),也稱為應力雙折射或流緻雙折射,是一種特殊的物理光學現象。以下是其詳細解釋:
中文釋義
流動雙折射指各向同性液體在剪切流動狀态下産生光學各向異性,從而表現出雙折射性質的現象。當透明流體(如高分子溶液、膠體)受外力作用産生速度梯度時,其分子或粒子沿流動方向定向排列,導緻光線通過時出現雙折射效應。
英文對照
當流體受剪切力作用時(如通過毛細管或旋轉裝置),其内部産生速度梯度(速度場的不均勻分布)。這種力學環境導緻以下變化:
$$ Delta n = C cdot sigma $$
其中 ( C ) 為應力光學系數(單位:m²/N),是材料本征屬性。
通過測量雙折射強度可非侵入式表征熔體/溶液的分子取向度及松弛特性,例如監測注塑成型中聚合物鍊的拉伸狀态。
用于微通道内流場可視化,通過雙折射圖案反演剪切應力分布(圖1)。
分析蛋白質溶液、DNA等生物大分子的構象變化,如病毒顆粒在血流中的取向動力學。
Bird R.B., Armstrong R.C., Hassager O. Dynamics of Polymeric Liquids. Vol 1, Wiley (1987).
(高分子流體動力學标準著作,第7章詳述流變-光學理論)
Fuller G.G. "Optical Rheometry". Annual Review of Fluid Mechanics (1990) 22:387–417.
(系統綜述流動雙折射測量原理與裝置)
ASTM D4092 - "Standard Terminology for Plastics: Dynamic Mechanical Properties"
(明确将流動雙折射納入高分子光學表征術語體系)
物理量 | 符號 | 單位 | 物理意義 |
---|---|---|---|
雙折射差 | Δn | 無量綱 | 平行與垂直折射率之差 |
剪切應力 | σ | Pa | 流體内部單位面積作用力 |
應力光學系數 | C | m²/N | 材料光學響應靈敏度指标 |
取向角 | χ | 度 (°) | 分子主軸與流動方向夾角 |
參見經典文獻:
流動雙折射是一種特殊的光學現象,指液體或溶液在流動或受剪切力作用時,因内部不對稱分子定向排列而産生的雙折射效應。以下是詳細解釋:
基本原理
雙折射是指光線進入各向異性介質時分裂為兩束折射率不同的偏振光現象(尋常光和非尋常光)。流動雙折射的特殊性在于,其各向異性并非來自晶體結構,而是由流體動力學引起分子定向排列所緻。
産生條件
應用領域
與普通雙折射的區别
普通雙折射源于晶體固有各向異性(如方解石),而流動雙折射是動态過程,停止流動後效應可能消失。
典型實例包括聚合物溶液在管道流動時,因分子鍊拉伸排列導緻光線通過時出現雙折射條紋,這種現象可用于觀測流體内部應力分布。
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