时间分辨光谱学对水填充纳米多孔玻璃中声学、热学和流动过程的研究

我们展示了在20至90摄氏度温度范围内，对水填充的Vycor 7930进行的外差探测瞬态光栅测量。这项实验研究能够测量该水填充纳米多孔材料中的声传播、由液体流动引起的平均密度变化以及热扩散。数据采用Pecker和Deresiewicz模型进行分析，该模型是Biot模型为考虑热效应而做的扩展。在整个温度范围内，该流体动力学模型定性地描述了数据，使得对不同动力学现象有了有意义的洞察。数据分析证明，在中间和长时间尺度上的信号主要可归因于孔隙内的水动力学。我们证明了质量和热传输之间存在一种特殊的相互作用，在纳米孔内产生流动和回流过程。在此过程中，固体和液体的动力学相位相反，正如Biot理论对慢扩散波的预测。尽管如此，我们的实验结果证实，尽管孔隙尺寸为纳米级，但在液体填充的多孔玻璃中，弹性能（即声传播）、热量（即热扩散）和质量（即液体流动）的传输可以根据流体动力学定律来描述。基于流体动力学模型的数据拟合，使得能够提取水-Vycor系统的多个参数，尽管当与文献中报道的值进行比较时出现了一些差异。