空氣懸浮顆粒的光學俘獲及相互作用測量

《空氣懸浮顆粒的光學俘獲及相互作用測量》是依託安徽工業大學，由吳建光擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：空氣懸浮顆粒的光學俘獲及相互作用測量
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳建光
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

空氣懸浮顆粒是空氣污染的主要成分，目前的研究大都基於巨觀手段，而從單粒子層次進行研究的報導很少。微觀研究的首要問題是如何操控單粒子。本課題提出建立俘獲並操控空氣中懸浮顆粒的光鑷技術，並對顆粒的動力學行為和相互作用進行探索性研究。1、從理論上計算不同光場對液滴、透明固體顆粒和不透明固體顆粒的束縛可能性和穩定性，並在實驗上實現對各種顆粒的穩定俘獲，研究俘獲條件和機理。2、利用光鑷束縛小液滴，研究液滴在光場作用下的形變規律。3、通過光鑷操控顆粒接觸、碰撞，模擬顆粒的動力學行為，通過統計粒子碰撞後結合的幾率，研究顆粒的聚集行為。4、操控顆粒接近到一定距離，測量顆粒間的相互作用。通過從單粒子層次對空氣懸浮顆粒的運動行為和相互作用的研究，可以更好的了解顆粒的特性和規律，揭示更深刻的物理本質。同時，對空氣中粒子的操控技術還可以在固體表面進行微納米操控和組裝等。

結題摘要

空氣懸浮顆粒污染與人們健康的關係已成為社會各部門共同關注的話題。目前研究大都基於巨觀手段。本項目提出從單粒子層次進行研究，主要研究對空氣中的懸浮顆粒實現光學俘獲的光鑷技術，並對顆粒的各種粒徑參數、動力學行為和相互作用等進行探索性研究。我們建立了俘獲液相、氣相懸浮顆粒的光鑷技術，並光鑷系統的剛度、穩定性等進行了理論分析和實驗研究；矢量光場由於其特殊的偏振狀態以及光強分布，可以用來俘獲不透明顆粒，我們從理論上分析了矢量光場的聚焦特性和光強分布特點，並在實驗上成功俘獲了不透明的磁性微球，而磁性小球大量吸收雷射能量後溫度升高，可以用來殺傷癌細胞，有望將來套用於人類的腫瘤疾病的治療中。我們還研究了動態光散射法測量空氣懸浮顆粒的粒度，由於我們研究的顆粒受到雷射的束縛，顆粒的運動不是自由布朗運動，所以需要進行修正，修正後我們得到了正確的粒徑參數。最後，我們還建立了PM2.5控制策略和實施方案的仿真模型，通過我們的仿真研究及最佳化結果，有益於提出科學可行的政策建議和綜合治理方案。