充分除气的水溶液在驻波声场的作用下,能够在波腹处稳定悬浮一个气泡,并在超声的作用下进行周期性脉动,当声场足够强时,气泡在塌缩的瞬间能够发出与声场精确同步的皮秒量级的光脉冲,其光谱范围从红外延伸到紫外,这就是单泡声致发光现象。这一现象由于其高效的聚能特性而意义非凡,在发光瞬间能量密度上升12个数量级。本论文主要研究了不同溶质对水中单泡声致发光的影响,重点讨论了挥发性表面活性剂对单泡声致发光的驱动参数,发光光强以及气泡动力学方面的影响,得到了一系列重要的结论。首先我们研究了酒精对单泡声致发光的影响,以前的研究认为,极少量的酒精就能够熄灭水中的单泡声致发光,而多泡声致发光却能在较高的浓度下被观察,而且在纯酒精中也能观察到单泡声致发光现象,对于这些现象出现的原因还不是很清楚。我们通过对不同浓度酒精水溶液中驱动参数空间、最佳驱动参数、光强随声压的关系、气泡的径向与平移运动的测量,很好的解释了上一现象出现的原因。我们的研究结果显示,随着酒精浓度的增加,单泡声致发光的驱动参数空间面积缩小,位置发生移动,同时最佳驱动参数也发生改变,最大驱动声压降低。如果我们将驱动参数固定在水中的最佳参数时,很少量的酒精就可以熄灭水中的单泡声致发光；如果我们将驱动参数固定在某个酒精水溶液的最佳参数时,可以看到随着酒精的增加,光强先增加再降低。通过对各个浓度酒精水溶液中光强-声压变化的关系曲线,我们发现,可以跟据酒精的影响将浓度分为三个区域,在酒精浓度较低时,曲线向声压降低的方向移动,同一声压下,酒精浓度越大光强越大；当酒精浓度较大时,曲线向光强降低方向移动,同一声压下,酒精浓度越大亮度越低;对于酒精浓度更大的区域,曲线斜率随酒精浓度的增加而减小。我们通过对气泡动力学的研究解释了这些现象的产生原因。在最佳驱动参数时,酒精浓度的增加,气泡的最大半径,平衡半径以及半径压缩比都在减小,同时拟合出的最大驱动声压也在减小。另外在等声压下,气泡的半径呈增大趋势,但低浓度时气泡半径增加较快,高浓度时变化较小。但高浓度时,气泡的平移变的非常明显,主要表现为在竖直方向的跳动,跳动的幅度与频率都随着酒精浓度的上升而变大。通过对跳动过程中各个位置最大半径的测量,我们发现气泡的跳动主要是因为气泡平衡半径大小的周期性变化带来的悬浮位置的变化。这些结果表明酒精影响需要酒精持续进入气泡,同时也解释单泡声致发光与多泡声致发光对挥发性溶质的不同敏感性的原因。另外我们还初步探讨了不同溶质对水中单泡声致发光光谱的影响,我们发现稀土盐的线谱与连续谱随声压的降低几乎等比例下降,没有出现类似于氯化钠水溶液中出现的钠谱线相对越来越明显的现象。通过加入碘原子与稀有气体原子类比,我们发现大尺寸的单原子对谱线有一定的增强作用,但作用并不明显。同时我们还首次观察到了单泡声致发光溶液中OH基团的辐射,以及随着声压的变化各个谱线相对强度之间此消彼涨的过程。这些实验结果都有助于了解声致发光中光辐射的物质来源以及发光的机制。
