【摘要】：活性物質(zhì)是一類可以將自身存儲(chǔ)的能量或從環(huán)境中吸收的能量轉(zhuǎn)化為自身機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)。近年來,各種各樣人造活性物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室中被設(shè)計(jì)制造出來,這極大的推動(dòng)了對(duì)活性物質(zhì)體系動(dòng)力學(xué)行為的研究。受細(xì)胞結(jié)構(gòu)和行為的啟發(fā),我們研究了一種簡(jiǎn)單的組合體,它由囊泡包裹活性膠體粒子而形成,被稱為活性膠體細(xì)胞,它可以像細(xì)胞一樣自主運(yùn)動(dòng)和發(fā)生形變。我們的研究主要關(guān)注于這種活性膠體細(xì)胞的群體自組裝結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為。我們對(duì)比了由剛性囊泡和柔性囊泡組成的兩種活性膠體細(xì)胞。雖然它們單體的統(tǒng)計(jì)動(dòng)力學(xué)行為基本一致,但它們?cè)诮M裝行為中表現(xiàn)出很大的差異。剛性活性膠體細(xì)胞的集體行為類似于普通的活性膠體粒子,在低密度下,它們就可以形成明顯的集群;在中等密度下,體系會(huì)發(fā)生氣固相分離。這種現(xiàn)象被稱為運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的相分離;而我們發(fā)現(xiàn)柔性活性膠體細(xì)胞的形變能力導(dǎo)致它們形成集群的能力明顯減弱,并且集群的形貌也有區(qū)別。普通活性膠體粒子或剛性活性膠體細(xì)胞形成的集群是相互獨(dú)立緊密堆積的團(tuán),結(jié)構(gòu)上類似晶體;而柔性活性膠體細(xì)胞的集群呈網(wǎng)絡(luò)狀,由于個(gè)體的形變,其堆積很不規(guī)則,在大密度下柔性活性膠體細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)相分離現(xiàn)象也很不明顯。動(dòng)力學(xué)上剛性活性膠體細(xì)胞的集群比較穩(wěn)定,內(nèi)部基本沒有個(gè)體的流動(dòng);而柔性活性膠體細(xì)胞由于可以形變,其集群內(nèi)部個(gè)體流動(dòng)很強(qiáng)烈,所以即使在形成大量集群的狀態(tài)下,柔性活性膠體細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性仍很高。本文通過對(duì)比剛性和柔性活性膠體細(xì)胞的自組裝相行為,揭示了可形變活性物質(zhì)群體行為的獨(dú)特性。為理解、設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟活性物質(zhì)的非平衡集體運(yùn)動(dòng)提供了參考。
【圖文】：

如圖1.2a-d 描述膠體粒子形成集群的變化過程。由于粒子的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)粒子發(fā)生相互碰撞時(shí)，它們會(huì)相互阻礙形成兩個(gè)粒子群，，這兩個(gè)粒子可能滑動(dòng)分開，也可能相互頂在一起，當(dāng)其他粒子進(jìn)入碰撞阻礙時(shí)就會(huì)形成三粒子群。同樣，圖 1.2e-h 是一個(gè)動(dòng)態(tài)的集群運(yùn)動(dòng)，在這些實(shí)驗(yàn)中,不同顏色標(biāo)記了不同的團(tuán)簇，團(tuán)簇在不斷的運(yùn)動(dòng)重新排列形成新的團(tuán)簇。圖 1.3 中，是在粒子浴中放入一個(gè)不對(duì)稱的鍥形結(jié)構(gòu)物體[25,26]，研究鍥形物定向運(yùn)動(dòng)。圖 1.3a 中,當(dāng)鍥型物在被動(dòng)粒子浴中時(shí)，由于壓力分布均勻，鍥形物不做定向運(yùn)動(dòng)。但是，當(dāng)鍥形物處于活性粒子浴中時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)活性粒子會(huì)在鍥形物體尖端內(nèi)側(cè)聚集，并且會(huì)推動(dòng)鍥行物做定向運(yùn)動(dòng),圖 1.3b。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，在一定密度下，鍥形物做定向運(yùn)動(dòng)存在一個(gè)最大速度。我們?cè)倏磮D 1.4

2 集群和活性晶體。（a-d）集群過程的定性解釋：a)當(dāng)兩個(gè)活性粒子正面碰撞形成一個(gè)兩粒子群，(c)集群旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散，（d）取決于粒子的速度和密度，另一在兩個(gè)粒子分裂前，集群發(fā)展成一個(gè)三粒子集群。（e-h）集群由均勻分布的同顏色表示由不同團(tuán)簇的粒子隨時(shí)間演化而來，集群不是靜態(tài)的，而是不斷合并。（i-k）灰色粒子和紅色箭頭，表示粒子方向和集群形成過程，粒子主粒子離開集群，（j）由另一個(gè)粒子代替。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O313

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本文編號(hào)：2615553