scholarly journals Model equations of light scattering properties and a characteristic time of light propagation for polydisperse colloidal suspensions at different volume fractions

2022 ◽  
Author(s):  
Hiroyuki Fujii ◽  
Moegi Ueno ◽  
Yuki Inoue ◽  
Toshiaki Aoki ◽  
Kazumichi Kobayashi ◽  
...  
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Characteristic Time ◽  
Light Propagation ◽  
Colloidal Suspensions ◽  
Volume Fractions ◽  
Model Equations

Dynamics of concentrated colloidal suspensions

2018 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτα Μπόγρη
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Dynamic Light Scattering ◽  
Van Der Waals ◽  
Colloidal Suspensions

Τα κολλοειδή διαλύματα διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην καθημερινότητά μας, αφού τα συναντάμε σε μια πληθώρα φυσικών, βιολογικών και βιομηχανικών προϊόντων, όπως αφροί, γέλες, γαλακτώματα, πάστες, λιπαντικά υλικά, χρώματα, φαρμακευτικά προϊόντα κ.α.. Σε πολλές εφαρμογές, τα κολλοειδή διαλύματα υποβάλλονται σε διάτμηση, η οποία επηρεάζει σημαντικά την μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος. Συνεπώς, για τον καλύτερο δυνατό χειρισμό τέτοιων υλικών, απαιτείται η ουσιώδης κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ δομής, δυναμικής και ρεολογικής συμπεριφοράς των κολλοειδών τόσο σε κατάσταση ηρεμίας όσο υπό διάτμηση.Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη της δομής και της δυναμικής τριών κατηγοριών κολλοειδών συστημάτων διαφορετικής αρχιτεκτονικής, μέσω της χρήσης διάφορων τεχνικών όπως σκέδαση φωτός, ρεολογίας και μικροσκοπίας. Αρχικά μελετήσαμε τη δομή και τις υδροδυναμικές ιδιότητες υδατικών κολλοειδών διαλυμάτων που περιέχουν ελλειψοειδή σωματίδια διαφόρων λόγων διαστάσεων, χρησιμοποιώντας Πολωτική (DLS) και Αποπολωτική (DDLS) Σκέδαση Φωτός. Τα εν λόγω κολλοειδή διαλύματα μελετήθηκαν σε απουσία και παρουσία μονοσθενούς άλατος. Εν συνεχεία, μελετήθηκε η δομή και η δυναμική κολλοειδών διαλυμάτων χαλαρών ισότροπων σωματιδίων τύπου πυρήνα-κορώνας στην περιοχή που βρίσκονται στην υγρή μορφή καθώς και στην υαλώδη κατάσταση. Τα εν λόγω κολλοειδή αποτελούνται από πολυμερικές αλυσίδες διαφόρων μοριακών βαρών που είναι συνδεδεμένες μέσω χημικών δεσμών στην επιφάνεια του πυρήνα. Στη περιοχή που τα σωματίδια βρίσκονται στην υγρή τους μορφή, χρησιμοποιήσαμε την τεχνική 3DDLS προκειμένου να εξαλείψουμε την επίδραση του φαινομένου της πολλαπλής σκέδασης, η οποία οφείλεται στη μεγάλη διαφορά δείκτη διάθλασης μεταξύ σωματιδίων και διαλύτη. Στην υαλώδη περιοχή, χρησιμοποιήσαμε την τεχνική Multi-Speckle Dynamic Light Scattering έτσι ώστε να μελετήσουμε την «παγωμένη» δυναμική των κολλοειδών. Για το σκοπό αυτό ακολουθήσαμε την εξέλιξη του πιο αργού χρόνου χαλάρωσης της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης. Αναλόγως του κλάσματος όγκου και της πολυδιασποράς των διαλυμάτων, παρατηρήθηκαν δομικές αλλαγές οι οποίες οδήγησαν ή όχι σε μετάβαση από την υαλώδη στην κρυσταλλική περιοχή. Τέλος, μελετήσαμε θερμο-αποκρινόμενα κολλοειδή συστήματα που αποτελούνται από χαλαρά σωματίδια τύπου πυρήνα-κορώνας, όπου δίκτυο πολυμερικών αλυσίδων (υδρογέλη) είναι προσδεμένο χημικά σε ένα πυρήνα. Ο θερμο-αποκρινόμενος χαρακτήρας της κορώνας επιτρέπει την σταδιακή αλλαγή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματιδίων από απωστικές ηλεκτροστατικές σε ελκτικές Van der Waals, μόνο με την εναλλαγή της θερμοκρασίας κάτω ή πάνω από την Χαμηλότερη Κρίσιμη Θερμοκρασία Διαλύματος (LCST). Κατά τον τρόπο αυτό, μελετάται η επίδραση της μεταβολής των αλληλεπιδράσεων στη δομή και τη δυναμική τόσο σε αραιά όσο και σε πυκνά διαλύματα. Στα πυκνά διαλύματα, η μεταβολή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των κολλοειδών οδηγεί στην μετάβαση από υαλώδη φάση σε ρευστή (και οι δύο φάσεις χαρακτηρίζονται από απωστικές αλληλεπιδράσεις) και σε κολλοειδείς γέλες (η φάση αυτή χαρακτηρίζεται από ελκτικές αλληλεπιδράσεις). Επιπρόσθετα, μελετήσαμε την περίπτωση προσθήκης υψηλής ποσότητας μονοσθενούς άλατος, ώστε να επιτύχουμε την αποτελεσματική ακύρωση των ηλεκτροστατικών απωστικών αλληλεπιδράσεων, η οποία έχει ως επακόλουθο την εμφάνιση ενδιαφερόντων φαινομένων συσσωμάτωσης των σωματιδίων. Για την πραγματοποίηση των εν λόγω μελετών χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές σκέδασης, καθώς και ιξωδομετρία, μικροσκοπία και γραμμική και μη-γραμμική ρεολογία, τόσο σε κατάσταση ηρεμίας, όσο και υπό διάτμηση.

scholarly journals Measuring light scattering and absorption in corals with Inverse Spectroscopic Optical Coherence Tomography (ISOCT): a new tool for non-invasive monitoring

2019 ◽  
Vol 9 (1) ◽  
Author(s):  
G. L. C. Spicer ◽  
A. Eid ◽  
D. Wangpraseurt ◽  
T. D. Swain ◽  
J. A. Winkelmann ◽  
...  
Keyword(s):  
Optical Coherence Tomography ◽  
Optical Properties ◽  
Light Scattering ◽  
Light Propagation ◽  
Coral Tissue ◽  
Coral Host ◽  
Invasive Monitoring ◽  
Optical Coherence ◽  
Invasive Approach ◽  
Non Invasive

Abstract The success of reef-building corals for >200 million years has been dependent on the mutualistic interaction between the coral host and its photosynthetic endosymbiont dinoflagellates (family Symbiodiniaceae) that supply the coral host with nutrients and energy for growth and calcification. While multiple light scattering in coral tissue and skeleton significantly enhance the light microenvironment for Symbiodiniaceae, the mechanisms of light propagation in tissue and skeleton remain largely unknown due to a lack of technologies to measure the intrinsic optical properties of both compartments in live corals. Here we introduce ISOCT (inverse spectroscopic optical coherence tomography), a non-invasive approach to measure optical properties and three-dimensional morphology of living corals at micron- and nano-length scales, respectively, which are involved in the control of light propagation. ISOCT enables measurements of optical properties in the visible range and thus allows for characterization of the density of light harvesting pigments in coral. We used ISOCT to characterize the optical scattering coefficient (μs) of the coral skeleton and chlorophyll a concentration of live coral tissue. ISOCT further characterized the overall micro- and nano-morphology of live tissue by measuring differences in the sub-micron spatial mass density distribution (D) that vary throughout the tissue and skeleton and give rise to light scattering, and this enabled estimates of the spatial directionality of light scattering, i.e., the anisotropy coefficient, g. Thus, ISOCT enables imaging of coral nanoscale structures and allows for quantifying light scattering and pigment absorption in live corals. ISOCT could thus be developed into an important tool for rapid, non-invasive monitoring of coral health, growth and photophysiology with unprecedented spatial resolution.

scholarly journals Enabling the measurement of particle sizes in stirred colloidal suspensions by embedding dynamic light scattering into an automated probe head

Measurement ◽  
2016 ◽  
Vol 80 ◽  
pp. 92-98 ◽  
Author(s):  
Martinus de Kanter ◽  
Julian Meyer-Kirschner ◽  
Jörn Viell ◽  
Alexander Mitsos ◽  
Michael Kather ◽  
...  
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Dynamic Light Scattering ◽  
Colloidal Suspensions ◽  
Particle Sizes ◽  
Probe Head

Improving Contrast Ratio in Color Filters for AMLCD Devices

1997 ◽  
Vol 471 ◽  
Author(s):  
D. Y. Pai ◽  
G. J. Cernigliaro ◽  
T. A. Richardson
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Contrast Ratio ◽  
Colloidal Suspensions ◽  
Fold Increase ◽  
Color Filter ◽  
Pigment Dispersion ◽  
Color Contrast ◽  
Imaging Characteristics ◽  
Negative Tone ◽  
Color Filters

ABSTRACTThe widespread use of pigmented color filters in the AMLCD industry has focused attention on their deficiencies, which include marginal film transmittance, significant depolarization and generally poor imaging characteristics for the corresponding imaging resists. These limitations result in diminished color filter contrast and curtailed brightness for the AMLCD device. Incremental color filter contrast improvements have been generated through use of smaller pigment particles which reduce, but do not eliminate, light scattering. As standard pigment synthetic and grind processes give only small color contrast gains, at a cost of protracted pigment manufacture time, another route to more significant gains in color filter contrast is probably necessary. The work herein describes our attempt at defining one viable approach to real improvements in the key color filter responses of reduced depolarization and improved color contrast.Our approach employs colorants prepared from colloidal suspensions of nanosized, mono-dispersed, dense silica spheres to which appropriate red, green and blue dyes are sorbed. Subsequent dispersion of each colorant nanocomposite in carrier polymer and photoimaging chemistry yields the corresponding negative-tone red, green and blue imageable photoresist. The synthesis and use of monodispersed colorant colloids has been described by Giesche and Matijevic for this and other related areas, but their utility is limited to applications not addressing the more advanced color filter requirements mentioned above. To those ends, our work focused on the synthesis, formulation and optical testing of nanocomposite colorant particles ranging from 10–30 nm in size, using dye chemistry which bridges compatibility between both silica nanosphere and carrier polymer, resulting in clear, highly transparent color films. Two independent optical tests comparing the color contrast on nanocomposite red films with coatings of similar transmittance prepared from reference red pigment dispersion provided rationalization that light scattering is significantly reduced in the nanocomposite film, as evidenced by the 3–10 fold increase in the color contrast ratios.

ChemInform Abstract: Multichannel Time-Resolved Light Scattering from Ordered Colloidal Suspensions.

ChemInform ◽  
1989 ◽  
Vol 20 (6) ◽  
Author(s):  
H. O. MOSER ◽  
O. FROMHEIN ◽  
F. HERRMANN ◽  
H. VERSMOLD
Keyword(s):  
Light Scattering ◽  
Colloidal Suspensions ◽  
Time Resolved

scholarly journals Linking variations in sea spray aerosol particle hygroscopicity to composition during two microcosm experiments

2016 ◽  
Vol 16 (14) ◽  
pp. 9003-9018 ◽  
Author(s):  
Sara D. Forestieri ◽  
Gavin C. Cornwell ◽  
Taylor M. Helgestad ◽  
Kathryn A. Moore ◽  
Christopher Lee ◽  
...  
Keyword(s):  
Organic Matter ◽  
Light Scattering ◽  
Time Lag ◽  
Sea Salt ◽  
Sea Spray ◽  
Phytoplankton Blooms ◽  
Chl A ◽  
Volume Fractions ◽  
Sea Spray Aerosol ◽  
Indoor And Outdoor

Abstract. The extent to which water uptake influences the light scattering ability of marine sea spray aerosol (SSA) particles depends critically on SSA chemical composition. The organic fraction of SSA can increase during phytoplankton blooms, decreasing the salt content and therefore the hygroscopicity of the particles. In this study, subsaturated hygroscopic growth factors at 85 % relative humidity (GF(85 %)) of predominately submicron SSA particles were quantified during two induced phytoplankton blooms in marine aerosol reference tanks (MARTs). One MART was illuminated with fluorescent lights and the other was illuminated with sunlight, referred to as the "indoor" and "outdoor" MARTs, respectively. Optically weighted GF(85 %) values for SSA particles were derived from measurements of light scattering and particle size distributions. The mean optically weighted SSA diameters were 530 and 570 nm for the indoor and outdoor MARTs, respectively. The GF(85 %) measurements were made concurrently with online particle composition measurements, including bulk composition (using an Aerodyne high-resolution aerosol mass spectrometer) and single particle (using an aerosol time-of-flight mass spectrometer) measurement, and a variety of water-composition measurements. During both microcosm experiments, the observed optically weighted GF(85 %) values were depressed substantially relative to pure inorganic sea salt by 5 to 15 %. There was also a time lag between GF(85 %) depression and the peak chlorophyll a (Chl a) concentrations by either 1 (indoor MART) or 3-to-6 (outdoor MART) days. The fraction of organic matter in the SSA particles generally increased after the Chl a peaked, also with a time lag, and ranged from about 0.25 to 0.5 by volume. The observed depression in the GF(85 %) values (relative to pure sea salt) is consistent with the large observed volume fractions of non-refractory organic matter (NR-OM) comprising the SSA. The GF(85 %) values exhibited a reasonable negative correlation with the SSA NR-OM volume fractions after the peak of the blooms (i.e., Chl a maxima); i.e., the GF(85 %) values generally decreased when the NR-OM volume fractions increased. The GF(85 %) vs. NR-OM volume fraction relationship was interpreted using the Zdanovskii–Stokes–Robinson (ZSR) mixing rule and used to estimate the GF(85 %) of the organic matter in the nascent SSA. The estimated pure NR-OM GF(85 %) values were 1.16 ± 0.09 and 1.23 ± 0.10 for the indoor and outdoor MARTS, respectively. These measurements demonstrate a clear relationship between SSA particle composition and the sensitivity of light scattering to variations in relative humidity. The implications of these observations to the direct climate effects of SSA particles are discussed.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document