光泳

光泳表示悬浮在气体（气溶胶）或液体（水胶体）中的小颗粒在被足够强的光束照射时开始迁移的现象。 这种现象的存在归因于流体介质中被照射粒子的温度分布不均匀。 与光泳不同，在不同种类粒子的流体混合物中，某些种类粒子的迁移可能是由于它们对热辐射和其他热效应的吸收差异，统称为热泳。 在激光光泳中，一旦粒子的折射率不同于周围介质，粒子就会迁移。 当激光轻微聚焦或未聚焦时，通常可能发生颗粒迁移。 由于吸收和散射的光子的动量转移，与其周围分子相比具有更高折射率的粒子远离光源。 这被称为辐射压力。 该力取决于光强度和颗粒大小，但与周围介质无关。 就像在克鲁克斯辐射计中一样，光可以加热一侧，气体分子以更快的速度从该表面反弹，从而将粒子推向另一侧。 在一定条件下，直径与光波长相当的粒子，由于激光照射粒子正反两面产生的热量不均等，会产生负间接光泳现象，从而在粒子内部产生温度梯度。 粒子周围的介质使得粒子远离光源的一侧的分子可能会升温更多，从而导致粒子向光源移动。

如果悬浮粒子在旋转，它也会经历雅可夫斯基效应。

光泳现象的发现通常归功于 1920 年代的费利克斯·埃伦哈夫特 (Felix Ehrenhaft)，尽管更早的观察是由其他人（包括奥古斯丁-让·菲涅耳）做出的。

光泳的应用扩展到科学的各个部门，从而扩展到物理学、化学以及生物学。 光泳应用于粒子捕获和悬浮、粒子的场流分离、微观粒子的热导率和温度的测定以及烟尘粒子在大气中的传输。 根据光的光学特性，在颗粒气溶胶的分离中使用光，可以分离具有相同空气动力学尺寸的有机和无机颗粒。

最近，有人建议将光泳作为单壁碳纳米管的手性分选机制。 所提出的方法将利用由电子结构中的光激发跃迁引起的半导体碳纳米管吸收光谱的差异。 如果开发出该技术，其速度将比目前建立的超速离心技术快几个数量级。

2021 年，阿扎迪、波波夫等人。 报告具有纳米结构表面的宏观聚合物薄膜的光驱动悬浮作为长期近太空飞行的候选者使用与太阳光相当的光强度，他们悬浮由涂有碳纳米管的 0.5 微米厚聚酯薄膜制成的厘米级圆盘 在一边。 Schafer、Kim、Vlassak 和 Keith 的实验表明，出于大气科学的目的，特别是监测高海拔天气，光泳力可以无限期地悬浮地球平流层中 10 厘米的薄结构。 他们在 2022 年描述了一个初步设计，该设计采用可用的 10 厘米直径设备的方法制造，该设备将两个膜的悬浮结构结合在一个刚性支撑结构中，该结构经过测试具有足够的强度来承受 25 公里高度的运输、部署和飞行。

有效载荷容量为 300 毫克，可以支持超过 10 Mb/s 的双向无线电通信和一些导航控制。 通过升级结构，它可能携带几克的有效载荷。 他们建议用于电信和在火星上部署。

直接光泳是由光子动量通过折射和反射传递给粒子引起的。 当粒子是透明的并且折射率大于其周围介质时，粒子会向前移动。 当颗粒仅在照射侧吸收入射光时，由于分子动能增加而发生间接光泳，从而在颗粒内产生温度梯度。 在这种情况下，周围的气体层与颗粒表面达到温度平衡。 在气体温度较高的区域具有较高动能的分子比在寒冷区域的分子以更大的动量撞击粒子； 这会导致粒子迁移。