近年來,活性物質(zhì)逐漸成為軟物質(zhì)研究的一個熱點(diǎn)和重要領(lǐng)域。得益于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步,各種各樣的人工活性物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室被制備出來。這也為系統(tǒng)的研究活性物質(zhì)的動力學(xué)行為提供了平臺。本文采用耗散粒子動力學(xué)模擬的方法,設(shè)計并研究了在二維幾何約束下rod-coil型活性swimmer的動力學(xué)行為�；钚粤Φ拇笮〖胺较�,chain和rod的長度比例,以及溶劑對活性swimmer的阻尼強(qiáng)度都是影響其動力學(xué)行為的重要參數(shù)。本文的研究內(nèi)容主要包括以下兩個部分:(1)rod-coil型的puller類active swimmer。Rod是swimmer的活性單元。它的驅(qū)動方向是沿著棒子指向非嫁接端。我們系統(tǒng)研究了rod長度、chain長度、活性力大小和阻尼摩擦系數(shù)對swimmer動力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明,隨著活性力的增加,swimmer在體系中的擴(kuò)散速度也在增加,swimmer中rod端的取向關(guān)聯(lián)函數(shù)的關(guān)聯(lián)時間也在增加。rod長度的增加,也會使swimmer的擴(kuò)散加速,并增加rod取向關(guān)聯(lián)時間。若從小到大逐漸增加chain的長度,我們發(fā)現(xiàn)swimmer的擴(kuò)散系數(shù)只有微小的改變,但是其保持運(yùn)動方向的持久性在增加。(2)rod-coil的pusher類active swimmer。這種情況下rod的驅(qū)動方向是沿著rod指向嫁接端的。我們發(fā)現(xiàn),隨著活性力的增加,swimmer從隨機(jī)運(yùn)動逐漸變成周期性運(yùn)動,且周期由大變小。此外rod的長度對swimmer是否形成周期性運(yùn)動有很大的影響。隨著rod長度增加,swimmer從隨機(jī)旋轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ蛐D(zhuǎn),逐漸具有了周期性。chain長度也對swimmer是否形成周期性運(yùn)動有一定的影響。當(dāng)chain比較短時,swimmer不能定向旋轉(zhuǎn),而隨著長度的增加,swimmer逐漸變成定向旋轉(zhuǎn)。但當(dāng)chain達(dá)到一定長度后再增加,由于chain過長也會影響到swimmer的定向旋轉(zhuǎn)。阻尼的大小對swimmer的定向旋轉(zhuǎn)也有影響。阻尼較小時,swimmer做定向旋轉(zhuǎn),且具有周期性。當(dāng)阻尼強(qiáng)度增大到一定程度后會破壞swimmer的定向旋轉(zhuǎn)。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB30
【部分圖文】：

一章 緒 論 Rod-coil 型活性swimmer 的動力學(xué)行為研1.3 活性粒子1.3.1 活性粒子的定義活性布朗粒子是活性物質(zhì)研究的重點(diǎn)。這些粒子是生物上的或者人造的微觀的者納米級的物體。它們能夠從周圍環(huán)境中吸收能量并把能量轉(zhuǎn)化為定向運(yùn)動。一方面在微生物中自推進(jìn)是一個普遍的特點(diǎn)，它幫助微生物有效的在周圍的環(huán)境中尋找營遠(yuǎn)離有毒的物質(zhì)。一個典型的例子就是像大腸桿菌這樣的細(xì)菌的游動。另一方面，造的微觀級活性粒子和納米級的活性粒子已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展。典型的活性布朗子總結(jié)如圖 1 所示:

活性布朗粒子會顯示出集群性質(zhì)。然后，我們還需理解在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中活性布朗粒運(yùn)動。最后，當(dāng)規(guī)模降到納米級別時，我們需要探索當(dāng)前對于活性系統(tǒng)的理解是確。.3.2 非對稱活性布朗運(yùn)動直到現(xiàn)在，我們認(rèn)為直線型的布朗運(yùn)動[28]只是偶然而不是規(guī)律。事實(shí)上，理直線型游動只會在內(nèi)部推動方向左右對稱的情況下出現(xiàn)，只要這種對稱性有一點(diǎn)偏離就會打破它的直線型運(yùn)動，導(dǎo)致運(yùn)動軌跡的不對稱�？梢栽O(shè)計制造具有不對動的活性布朗粒子，它的軌跡不對稱，比如呈螺旋路徑，并且可以控制它是左旋右旋。二維時的游動一般是沿著圓形軌跡，三維時游動的軌跡一般是螺旋形ennings[29]在一個世紀(jì)前就指出了微生物是以圓形游動的。從那以后，許多不同的下我們都能觀察到這種現(xiàn)象，尤其是細(xì)菌或者精子在基質(zhì)上游動。同時，在三維們也能觀察到許多不同的細(xì)菌或者細(xì)胞呈螺旋形游動。

5圖 1.3 在二維中不對稱活性粒子在不同半徑大小時的運(yùn)動軌跡1.3.3 幾種人造的 microswimmers人造的 microswimmer[32-34]在加不同的幾種推進(jìn)機(jī)制時也能夠產(chǎn)生細(xì)胞運(yùn)動的行為。這些人造的自推進(jìn)粒子為我們很多研究帶來了巨大的希望，例如醫(yī)療保健，環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。自推進(jìn)微米及納米粒子背后的基本思想就是打破它們的對稱性讓它們在不同的體系中產(chǎn)生推動作用，推動的機(jī)制可以多種多樣。事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)在生物系統(tǒng)中鞭毛的運(yùn)動是單向的周期性的方式。因此，在設(shè)計人造 microswimmers 時需要把這個基本思想考慮進(jìn)去。由不對稱化學(xué)反應(yīng)提供驅(qū)動‘swimmming’的能量這個概念的首次證明可以追溯

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 范慶煒;Rod-coil型活性Swimmer的動力學(xué)行為研究[D];蘇州大學(xué);2018年

本文編號：2830359