5456字开题报告范文，物理与电子学论文开篇报告:光对材料力学效应的应用研究

光对材料力学效应的应用研究

开幕报告

内容

一、选题背景

二.研究的目的和意义

第三，本研究涉及的主要理论

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

(2)本文的研究框架

五、写作大纲

六、本文的研究进展

七、读过的文学作品

一、选题背景

光是人眼可以看到的电磁波。它是人类生存不可缺少的物质。人类文明的不断发展和科学技术的不断进步，促使人类越来越深刻地理解和探索光。光能驱动物体运动的事实已经在经典电动力学中得到证明。光本身有能量和动量。当光与介质相互作用时，会发生多种能量转移。光和物质的机械作用由光对介质施加的力来表示。光对物体施加的力等于物体前后动量差和时间的比值。这个力可以改变物体的运动状态。我们称之为光[的机械效应。人们对光压力的利用越来越广泛，因此研究光对材料的力学效应，探索液体薄膜在光作用下的运动规律具有广阔的前景。早在1619年，德国物理学家开普勒就出版了《彗星理论》一书，指出彗星尾部总是偏离太阳的原因是由于来自太阳的光的压力，然后提出了光压力的概念[3]。1873年，英国物理学家麦克斯韦提出光的电磁理论，证明光束和物质之间的相互作用可以产生光力[4]，但这只是在理论上得到证明，因为当时使用的光束非常微弱，只有毫瓦数量级，所以产生的光压力非常小，当时不可能测量这么小的光压力。随着实验条件的不断改善，到1901年，俄罗斯物理学家尼古拉耶维奇？列别杰夫通过一条简单的光路成功测量了光压力，这个实验的成功完全证实了麦克斯韦的光电磁理论。1909年，荷裔美国物理化学家黛比·[5]提出了利用x光作用于球形粒子畲族产生祝福压力的理论，但实验条件有限，无法验证。1960年，第一台激光器被发明，从那以后，关于光的机械效应的研究取得了长足的进步。1970年，贝尔实验室的AAshkin等人(1)发现，微小粒子的捕获可以通过在光场中使用力来实现。粒子的捕获是由于两种光压力:一种是光梯度力，另一种是光散射力。光梯度力可以将粒子拉回到光强的中心。光散射力可以使粒子沿着光传播的方向移动。当光梯度力大于光散射力时，粒子将被拉回光强中心，因此可以通过控制两个力的平衡来捕获粒子。其中，共同研究员朱棣文(Steven Chu)等人发现了利用光压原理通过激光冷却捕捉原子的方法，并因这一杰出贡献获得了1997年诺贝尔物理学奖。1986年，贝尔实验室AAshkin等人([6)还发现，显微粒子在使用高数值孔径物镜高度聚焦于单束后，可以在三维空间中被捕获，其中可控显微粒子的尺寸可以达到微米级，AAshkin等人还证明了活细胞可以通过使用光压力非接触式操作。从那时起，第一个光镊诞生了。激光出现后不久，人们发现当一种物质被激光照射时，激光和物质之间会产生一个力。然而，对当时激光带来的非线性光学效应的研究，如光学整流、光学混频、高次谐波、自聚焦等，引起了科学家们的更多关注。直到最近几年，人们才开始关注它，因为光的机械效应开始在许多领域显示出明显的效果。

二.研究的目的和意义

随着激光技术的飞速发展，光的力学效应的研究和应用必将成为一颗不容忽视的有前途的恒星。在流场运动中，也涉及热毛细对流。热毛细对流是由马兰戈尼(C.Marangoni)在1865年发现的，所以它也被称为马兰戈尼流，这是一种由表面张力引起的流。在液体界面产生表面张力梯度。如果表面张力梯度超过粘滞力，液体将被驱动流动，并发生对流。热毛细对流和浮力对流的区别在于，热毛细对流是一种与重力无关的自然对流，可以在较小的温度梯度下产生。温度越高，液体的表面张力越小。如果我们加热液体底部，靠近加热底部的界面一端的表面张力变小，而远离加热底部的界面一端的表面张力大于靠近加热底部的界面的表面张力，因此热毛细对流，马兰戈尼对流，将发生在液体区域。

第三，本研究涉及的主要理论

利用光压力驱动宏观物体一直是研究光的机械效应的问题之一。阳光作为一种自由和无限的能源，也是各国研究者一直关注的焦点。世界各国都在研究基于光压力的太阳空航天器，太阳帆航天器[8]就是最好的例子。太阳帆航天器上的帆板是由非常薄且坚硬的聚醋酸乙烯薄膜制成的。帆板表面涂有反光物质。因为太阳光是由许多光子组成的，当太阳帆被发送到太阳空时，帆板将被太阳光照射，太阳的光子将被反射，这将在帆板上产生力，从而推动太阳帆航天器前进。阳光是取之不尽的。尽管阳光产生的光压非常小，太阳帆在太空没有空空气阻力的情况下也能像“永动机”一样运行。阳光的存在会产生光压力。轻压总是可以推动太阳帆在帆叶的压力下运行，太阳帆可以获得恒定的加速度，不断加速运动。世界各国都致力于这项研究。最具代表性的太阳帆航天器是伊卡洛斯号(Icarus)，这是日本2010年成功发射的第一艘太阳帆航天器，仅由太阳光压力驱动，并成功利用太阳光压力实现太阳帆航天器的加速运动。轻压技术可能也是人类旅行的唯一技术空。也许几年后，我们将能够乘坐太阳帆飞机开始太空旅行。光学摄影是利用光的机械效应的最重要的分支之一。自1986年以来，阿什金等人成功地发明了光学摄影。在过去的20年里，光镊的研究不断深入，光镊技术已经引起了研究者的关注，并发挥着越来越重要的作用。随着光镊的广泛应用，国内高校和研究机构对光学照相技术进行了研究。例如，中国科技大学早些时候在中国开始工作(1989年)。他们首先对光摄影进行了理论分析，然后在分析所得的理论基础上开发了“细胞激光微操作系统”，标志着我国光的力学效应研究的第一个重大成果。首先从理论上分析了光的作用力，开发了0.78 m和0.83^m近红外光摄影，实现了不同类型和形状的烟草、酵母、水蜗牛细胞、红细胞、骨髓瘤细胞和小麦胚细胞器的捕捉和操作，并通过光刀和光镊技术的结合成功建立了“细胞激光显微操作系统”[7号，从而将光的机械效应扩展到生物应用。

在我国，南昌大学一直在相继开发光镊。他们把椭球粒子放在一束激光中研究它们的应力。南开大学[分校9]主要根据光镊的相关参数研究光压下球形粒子的孔径方向。清华大学发明了激光微束系统，对细胞进行非接触操作。国外对光镊技术的研究十分广泛，并取得了许多成果。美国贝克曼研究中心的Bems等人提出了将光镊技术应用于微米级激光微束(激光刀)的想法，并利用合成光镊激光刀在精子有丝分裂的中后期切割染色体，对它们的运动和分布进行了一系列研究。1995年，斯坦福·[“]研究中心开始研究肌球蛋白分子。肌球蛋白在肌肉运动中起着非常重要的作用。它是肌动蛋白丝的主要成分。研究人员通过实验发现，肌动蛋白丝中的肌球蛋白分子在lOnm步序中以小步序移动，并且还测量了用光同轴推动肌球蛋白移动的力，该力只有5pN左右。这一研究结果直接揭示了肌球蛋白运行模式的秘密，平息了多年的争议，揭开了人类理解生命动力核心的新篇章。德国海德堡大学的实验室也选择了光镊和光刀相结合。Bems之后，还通过光镊技术实现了植物原生质体的精细染色体切割和融合，将光镊拓展到免疫学和分子遗传学的应用领域。日本研究开发公司的研究小组[12]将光镊技术应用于乳胶粒子的操作，并设计了一种“分时”装置，可以从一束光线中形成8个独立的光镊。通过每个光镊，可以精确地控制粒子的流动方向、粒子尺寸和空之间的图案排列。这种“分时”装置的设计将光镊技术扩展到化学、物理、医学等地方，光镊的发展领域和应用前景更加广阔。

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

近年来，人们对光的利用越来越广泛，因此在光学领域对光的力学效应的研究发展迅速。有许多相关的应用研究，这里我们选择研究光对楔形液膜的力学效应。用激光直接照射由两种不混溶液体组成的薄楔形液膜，探索楔形液膜的运动，研究光照射下液膜的运动规律；

(1)光作用下液膜的速度场；

(2)光作用下液膜流速与光功率的关系；

(3)在光的作用下，液膜的速度与照射位置之间的关系；

(4)光作用下液膜速度与示踪粒子的关系；

(5)光作用下液膜速度与液泡内酒精浓度的关系。

这是世界上首次研究光驱动楔形液膜的横向运动。通过实验，我们证明了直接激光照射可以驱动由两种不混溶液体组成的楔形液膜定向运动。此外，系统深入地研究了液体流动强度与光功率、照射位置、液泡组成和示踪粒子浓度之间的关系，得到了一系列规律性的结果。根据实验结果，从理论上分析了这种效应的物理机制。

(2)本文的研究框架

本文的研究框架可以简单表达如下:

五、写作大纲

摘要3-4

摘要4-5

导言8-9

1导言9-15

1.1研究背景和意义9-10

1.2国内外研究现状10-13

1.3论文的主要研究内容13-15

2光的机械效应15-21

2.1光的机械效应概述15

2.2光的机械作用的应用15-20

2.2.1光镊15-19

2.2.1.1光镊原理16-17

2.2.1.2光镊17-19的应用

2.2.2太阳帆19-20

2.3本章总结20-21

3粒子图像测速术(PIV) 21-24

3.1实物存量核实技术概述21-22

3.1.1粒子图像测速系统的组成21-22

3.2粒子图像测速技术原理22-23

3.3本章总结23-24

4光对材料力学效应的应用研究24-38

4.1实验系统和实验过程的组成24-29

4.2实验结果和分析29-37

4.2.1光作用下液膜的速度场29-30

4.2.2光作用下液膜流速与光功率的关系30-31

4.2.3液体薄膜的流速与光线31-33照射位置之间的关系

4.2.4光33-35下液膜流速与示踪粒子浓度的关系

4.2.5光35-37下液膜流速与液泡内酒精浓度的关系

4.3本章概述37-38

5理论分析38-42

5.1水平方向的辐射压力效应38-39

5.2热毛细效应39-40

5.3本章概述40-42

6结论和展望42-44

6.1结论42

6.2展望42-44

参考文献44-47

学位申请期间的研究成果和发表的学术论文47-48

致谢48

六、本文的研究进展(略)

七、读过的主要文献

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