Study of the Acoustic Characteristics of Suspensions Based on Glycerol and Synthetic Diamond Microparticles Using a Resonator with a Longitudinal Electric Field

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The acoustic properties of suspensions based on pure glycerol and diamond powder with a particle size of 1–2 μm and different concentrations were studied using a resonator with a longitudinal electric field. A disk resonator made of langasite with round electrodes on both sides of the plate with a frequency of 4.1MHz, operating on a longitudinal acoustic wave, was completely immersed in a liquid container with the studied suspension. Based on the measured frequency dependences of the real and imaginary parts of the
electric impedance of the resonator using an equivalent electromechanical circuit, the longitudinal elastic modulus and longitudinal viscosity coefficient of the samples were determined. Comparison of the experimental dependences of the longitudinal elastic modulus, viscosity coefficient, and longitudinal acoustic wave
velocity on the volume concentration of diamond particles in the suspension with the calculated dependences demonstrated good agreement.

About the authors

A. P. Semenov

Saratov Branch, Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences,
Saratov, 410019 Russia

Email: alex-sheih@ya.ru
Россия, 410019, Саратов, ул. Рабочая 24

B. D. Zaitsev

Saratov Branch, Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences,
Saratov, 410019 Russia

Email: alex-sheih@ya.ru
Россия, 410019, Саратов, ул. Рабочая 24

A. A. Teplykh

Saratov Branch, Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences,
Saratov, 410019 Russia

Email: alex-sheih@ya.ru
Россия, 410019, Саратов, ул. Рабочая 24

I. A. Borodina

Saratov Branch, Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences,
Saratov, 410019 Russia

Author for correspondence.
Email: alex-sheih@ya.ru
Россия, 410019, Саратов, ул. Рабочая 24

References

  1. Mayer A.E., Pogorelko V.V., Yalovets A.P. Elastic waves in suspensions // Acoust. Phys. 2011. V. 57. № 2. P. 136–143.
  2. Егошина В.Д., Гонгальский М.Б., Цурикова У.А., Свиридов А.П., Осминкина Л.А., Андреев В.Г. Кавитационная активность водных суспензий пористых кремниевых наночастиц с различной степенью гидрофобности поверхности // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 92–100.
  3. Minakov A.V., Pryazhnikov M.I., Damdinov B.B., Nemtsev I.V. Acoustic Spectroscopy Study of the Bulk Viscosity of Nanosuspensions // Acoust. Phys. 2022. V. 68. № 2. P. 155–161.
  4. Казаков Л.И. Ячеечные модели вязкоупругой среды с твердыми сферическими включениями // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 2. С. 173–181.
  5. Шамсутдинова Е.С., Анисимкин В.И., Фионов А.С., Смирнов А.В., Колесов В.В., Кузнецова И.Е. Совершенствование методов исследования электрофизических и вязкостных свойств жидкостей // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 56–62.
  6. Lebedev-Stepanov P.V., Rudenko O.V. Sound attenuation in a liquid containing suspended particles of micron and nanometer dimensions // Acoust. Phys. 2009. V. 55. № 6. P. 729–734.
  7. Zaitsev B.D., Borodina I.A., Teplykh A.A. Compact liquid analyzer based on a resonator with a lateral excitation electric field // Ultrasonics. 2022. V. 126. P. 106814.
  8. Zaitsev B.D., Teplykh A.A., Borodina I.A., Kuznetsova I.E., Verona E. Gasoline sensor based on piezoelectric lateral electric field excited resonator // Ultrasonics. 2017. V. 80. P. 96–100. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.05.003
  9. Kondoh J., Nakayama K., Kuznetsova I. Study of frequency dependence of shear horizontal surface acoustic wave sensor for engine oil measurements // Sensors and Actuators A: Physical. 2021. V. 325. P. 112503. https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112503
  10. Song S., Chen D., Wang H., Guo Q., Yu W. Shear mode bulk acoustic viscosity sensor for blood coagulation monitoring in oral anticoagulant therapy // J. Nanoscience Nanotech. 2018. V. 18. P. 8099–8104. https://doi.org/10.1166/jnn.2018.16425
  11. Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Гулий О.И. Биологический датчик на основе акустической щелевой моды с использованием микробных клеток для определения ампициллина // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 583–588.
  12. Zaitsev B.D., Joshi S.G., Kuznetsova I.E., Borodina I.A. Acoustic waves in piezoelectric plates bordered with viscous and conductive liquids // Ultrasonics. 2001. V. 39. № 1. P. 45–50. https://doi.org/10.1016/S0041-624X(00)00040-8
  13. Guo F.L., Sun R. Propagation of Bleustein–Gulyaev wave in 6 mm piezoelectric materials loaded with viscous liquid // Int. J. Solids and Structures. 2008. V. 45. № 13. P. 3699–3710. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2007.09.018
  14. Anisimkin V., Shamsutdinova E., Li P., Wang B., Zhu F., Qian Z., Kuznetsova I. Selective detection of liquid viscosity using acoustic plate waves with in-plate polarization // Sensors. 2022. V. 22. P. 2727. https://doi.org/10.3390/s22072727
  15. Zhao Z., Qian Z., Yong Y.-K. Frequency shift prediction of a shear mode multi-layered FBAR sensor in viscous media using transfer matrix method // Appl. Math. Model. 2021. V. 99. P. 555–565. https://doi.org/10.1016/j.apm.2021.07.009
  16. Caliendo C., Hamidullah M. Guided acoustic wave sensors for liquid environments // J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. 52. P. 153001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aafd0b
  17. Chen D., Xu Y., Li D., Zhang L., Liu W., Wang J. A lateral field excited ZnO film bulk acoustic wave sensor working in viscous environments // J. Micromech. Microeng. 2013. V. 23. № 9. P. 095032
  18. Wang M., Shi H., Ma T., Yuan L., Wang J., Du J., Qian Z., Kuznetsova I., Zhang C. High-frequency vibration analysis of LiTaO3 piezoelectric plates excited by lateral electric fields produced by surface electrodes under viscous liquid loadings for sensing // Smart Materials and Structures. 2020. V. 29. № 4. P. 045004.
  19. Hu Y., French L.A., Radecsky K., Da Cunha M.P., Millard P. and Vetelino J.F. A lateral field excited liquid acoustic wave sensor // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2004. V. 51. № 11. P. 1373–1380.
  20. Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Шихабудинов А.М. Датчик вязкой и проводящей жидкости на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем // Нелинейный мир. 2016. Т. 14. № 1. С. 61–63.
  21. Durning C.J., Nwankwo E. Mechanical response of thickness-shear mode quartz-crystal resonators to linear viscoelastic fluids // Sensors and Actuators A: Physical. 1998. V. 64. № 2. P. 119–124.
  22. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Shikhabudinov A.M. Elastic and viscosity properties of Nanocomposite Films Based on Low-Density Polyethylene // Trans. Ultrason. Ferroel. Freq. Control. 2010. V. 57. № 9. P. 2099.
  23. Semyonov A., Zaitsev B., Teplykh A., Borodina I. The Effect of Glycerol-Based Suspensions on the Characteristics of Resonators Excited by a Longitudinal Electric Field // Sensors. 2023. V. 23. P. 608.
  24. Singh A., Walvekar R., Khalid M., Wong W.Y., Gupta T.C.S.M. Thermophysical properties of glycerol and polyethylene glycol (PEG600) based DES // J. Mol. Liquds. 2018. V. 252. P. 439–444.
  25. Kuznetsova I., Zaitsev B., Krasnopolskaya L., Teplykh A., Semyonov A., Avtonomova A., Ziangirova M., Smirnov A., Kolesov V. Influence of humidity on the acoustic properties of mushroom mycelium films used as sensitive layers for acoustic humidity sensors // Sensors. 2020. V. 20. P. 2711.
  26. Chilla E., Flannery C.M., Fröhlich H.-J., Straube U. Elastic properties of langasite-type crystals determined by bulk and surface acoustic waves // J. Appl. Phys. 2001. V. 90. № 12. P. 6084. https://doi.org/10.1063/1.1409574
  27. Harker A.H., Temple J.A.G. Velocity and attenuation of ultrasound in suspensions of particles in fluids // J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. V. 21. P. 1576–1588.
  28. Григорьев И.С., Мейлихов Е.3. Физические величины. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
  29. Енохович А.С. Справочник по физике и технике. М.: Просвещение, 1983. 255 с.
  30. Зайцев Б.Д., Семенов А.П., Теплых А.А., Бородина И.А. Исследование продольной акустической волны в суспензии “глицерин–микрочастицы синтетического алмаза” // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо’2022). Вып. 4. С. 187–188.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (90KB)
3.

Download (232KB)
4.

Download (125KB)
5.

Download (157KB)
6.

Download (255KB)
7.

Download (325KB)
8.

Download (187KB)
9.

Download (188KB)
10.

Download (31KB)

Copyright (c) 2023 А.П. Семёнов, Б.Д. Зайцев, А.А. Теплых, И.А. Бородина

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».