Физики БФУ им. И. Канта представили видео, на котором видно, какие процессы происходят внутри капли воды при ее замерзании. Коллектив НОЦ «Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника»  использовали методы лазерной спектроскопии. Они самостоятельно разработали методику и собрали установку для наблюдений.

«В воду мы добавляли люминесцентное вещество — эозин. Оно преобразовывает поглощенную энергию в световое излучение, которое может увидеть человеческий глаз. Каплю этого раствора мы замораживали потоком холодного газообразного азота, постоянно подсвечивая лазером. Для регистрации использовали детектор, который записывает спектры излучения с высокой скоростью, и высокоскоростную видеокамеру», — рассказала научный сотрудник НОЦ Наталья Мыслицкая.

Как пояснила ученый, в процессе кристаллизации капли выделяется тепловая энергия, как следствие — резко возрастает интенсивность люминесценции. Камера записывает этот процесс со скоростью 500 кадров в секунду.

«Анализ полученных данных привел к интересным открытиям. Мы смогли зарегистрировать начальный момент замерзания, при котором свечение нарастает в течение 4 миллисекунд. После чего капля светится с примерно одинаковой интенсивностью, затем постепенно затухает и полностью свечение прекращается к моменту полного замерзания», — отметила исследователь.

 

 

Ученые смогли ответить на вопрос, как замерзает капля — с поверхности или изнутри.

«При анализе было определено, что сначала образуется светящееся «кольцо» по краю, и затем свечение распространяется на весь объем. То есть процесс кристаллизации происходит от поверхности капли к середине. Мы также проверили, как замерзают капли, содержащие наночастицы серебра. Процесс кристаллизации у них идет в нелинейном режиме — это повод для новых исследований», — подчеркивает Наталья Мыслицкая.

По словам эксперта, полученные данные, могут быть использованы в медицине, биологии, при изучении термодинамики гетерогенных сред (аэрозолей, эмульсий и т.д.), полиграфии.

Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале «Experimenal Heat Transfer». Над статьей работал коллектив  НОЦ «Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника» — научный руководитель коллектива, профессор Валерий Брюханов, сотрудники центра Наталья Мыслицкая, Анна Цибульникова, Василий Слежкин, Илья Самусев, а также профессор КГТУ Юрий Антипов.

 

Событие в СМИ

Ученые БФУ визуализировали тепловые процессы при замерзании капель воды Ученые БФУ визуализировали тепловые процессы при замерзании капель воды