玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶是自然界中普遍存在的相變行為,也是凝聚態(tài)物理領域備受關注和極為重要的基礎研究課題。膠體體系的出現(xiàn),為研究玻璃化轉(zhuǎn)變行為和結(jié)晶行為提供了優(yōu)異的實驗模型體系,可以實現(xiàn)在單粒子尺度上定量的研究體系的轉(zhuǎn)變過程。近年來的研究發(fā)現(xiàn),粒子的形狀對體系的結(jié)構(gòu)和弛豫動力學行為都有很重要的影響,在國際上受到廣泛關注。然而由于缺少合適的模型體系,相關的實驗研究依然匱乏。本文通過設計新穎的膠體體系,系統(tǒng)地研究了粒子形狀引起的膠體玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶相變。其一是通過改變棒狀膠體粒子的濃度研究體系的二維玻璃化轉(zhuǎn)變行為。其二是利用膠體橢球粒子形狀的連續(xù)改變來研究體系的二維結(jié)晶過程。取得的主要研究結(jié)果如下:1.棒狀膠體粒子體系的二維玻璃化轉(zhuǎn)變我們設計和制備了棒狀膠體粒子,在實驗上研究了二維棒狀膠體粒子體系的玻璃化轉(zhuǎn)變行為。通過對體系中間自散射函數(shù)和取向關聯(lián)函數(shù)進行計算和分析,我們得到體系的平動和轉(zhuǎn)動弛豫時間,利用模耦合理論擬合出了體系的玻璃化轉(zhuǎn)變點,發(fā)現(xiàn)體系發(fā)生兩步玻璃化轉(zhuǎn)變:隨著粒子濃度的升高,體系先發(fā)生轉(zhuǎn)動玻璃化轉(zhuǎn)變,再發(fā)生平動玻璃化轉(zhuǎn)變。進一步研究表明,這種兩步玻璃化轉(zhuǎn)變是由粒子形狀導致的局部構(gòu)型的... 

【文章來源】：蘇州大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２．膠體硬球體系相圖

粒子形狀引起的膠體兩步玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶?第一章緒論??，、?〔〇〇，ｉｆ?ｒ?＜?ｇ??ＶＷ?＝?ｌ〇，其它?ａｉ）??其中，ｒ表示粒子之間的距離，ａ是粒子對的半徑之和。因此，從構(gòu)型上講，??整個體系的勢能為０。從統(tǒng)計力學的角度來說，自由能的公式為：??３??Ｆ?＝?Ｕ－ＴＳ?＝－ＮｋｂＴ?（１．２）??其中ＡＡ為粒子數(shù)，ｋＢＳ玻爾茲曼常數(shù)。因此，硬球體系的自由能歸根結(jié)底??是由熵來決定的，屬于典型的無熱體系，與溫度無關，控制體系的唯一的參量是??體系的堆積分數(shù)，其形式為：??Ｏ?＝?ＮＶｐ／Ｖ?（１．３）??Ｗ為粒子總數(shù)，Ｖｐ是每個粒子的體積，Ｋ是整個體系的體積。圖１．２給出了??硬球膠體體系隨濃度變化的相圖，在上世紀５０年代，科學家們通過計算模擬技??術，測得硬球體系的凝固點為〇ｆｒｅｅｚｅ?＝?〇．４９４，熔點為ｃｔｍｅｌｔｉｎｇ?＝?０．Ｓ４５?［１３］。上??世紀８０年代，Ｐｕｓｅｙ和Ｖａｎ?Ｍｅｇｅｎ兩位科學家通過膠體實驗，實現(xiàn)了硬球膠體??體系的相變。研究發(fā)現(xiàn)，在硬球體系中，當體積的堆積分數(shù)低于凝固點時，體系??為液態(tài)，如果快速增加堆積分數(shù)，就可以避免體系結(jié)晶，使體系形成過冷液??（ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｅｄ?ｌｉｑｕｉｄ）或玻璃態(tài)［３，?８］。??ＨＣＰ?ＦＣＣ??ａ??圖１．３硬球膠體晶體密堆結(jié)構(gòu)示意圖。??３??

性膠體粒子構(gòu)成的模型更接近真實的分??子體系。橢球玻璃就是一種各向異性膠體模型。對于圓球體系，為了抑制膠體體??系隨著體積分數(shù)的增加發(fā)生結(jié)晶，通常情況下，可以使用粒子尺寸雙分散或多分??散的膠體體系來研究玻璃化轉(zhuǎn)變行為。但是雙分散或多分散體系中的微觀結(jié)構(gòu)會??比較復雜，難以闡明玻璃化轉(zhuǎn)變過程中結(jié)構(gòu)和動力學是否確實存在直接關聯(lián)性。??然而近期的研究發(fā)現(xiàn)，對于非球形的膠體體系，利用粒子形狀可以實現(xiàn)抑制體系??的結(jié)晶行為，因而可以直接使用單分散的非球形膠體體系來研宄玻璃化轉(zhuǎn)變行為。??如圖１．４給出了橢球膠體體系隨形狀變化的相圖，當粒子在合適的長徑比時，就??可以形成玻璃態(tài)。??廣、—Ａ?｜！｜（?Ｉ??：■?Ｋｊｙ??１?￣２．５?長徑比??Ｉ?１?１?１?＞??ｃｒｙｓｔａｌ?ｒｏｔａｔｏｒ?Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌ?ｎｅｍａｔｉｃ??ｐｈａｓｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｇｌａｓｓ?ｇｌａｓｓ?ｐｈａｓｅ??廠??圖１．４橢球膠體體系的相圖。單分散的橢球可以形成玻璃態(tài)。??１．３．３膠體玻璃化轉(zhuǎn)變的基本特征??膠體體系在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的過程中，有一些重要參數(shù)和動力學特性會發(fā)生??改變，例如動力學不均勻性和牢籠效應。體系在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的過程屮，時??間和空間上都具有動力學不均勻性［１７－１９］。體系屮的粒了？在經(jīng)過一段時間的弛豫??后，運動的速度會發(fā)生改變，這表現(xiàn)為時間上的動力學＋均勻性；此外，同一體??５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]攝像顯微技術在實驗軟物質(zhì)物理中的應用[J]. 王華光,張澤新.  物理學報. 2016(17)
[2]膠體晶體制備與應用研究進展[J]. 于冰,叢海林,薛蕾,劉學松,陳昭晶.  科學通報. 2014(09)



本文編號：3068430