【摘要】：物質(zhì)的種類有很多,按照尺寸大小可以分為宏觀、微觀和介觀物質(zhì)。宏觀和微觀物質(zhì)的研究已經(jīng)相對成熟。然而,介觀物質(zhì)的研究剛剛興起。軟物質(zhì),如人體血液、細(xì)胞、攜帶基因信息的DNA和一些生命有關(guān)的物質(zhì)等,皆處于介觀尺度。因此,人們稱21世紀(jì)是軟物質(zhì)的世紀(jì)或者生命科學(xué)的世紀(jì)。自從1991年的諾貝爾物理學(xué)獎授予軟物質(zhì)領(lǐng)域,越來越多的人開始在該領(lǐng)域探索。膠體是一種典型的軟物質(zhì),其尺度介于納米與微米之間,比原子分子尺度大很多,在實(shí)驗(yàn)中容易制作。另外,膠體可以形成較多不同種類的相,變化豐富且易控制,是一種很好的模型材料。膠體研究涉及的學(xué)科十分廣泛,物理、化學(xué)、生物、材料及凝聚態(tài)等學(xué)科都有所涉及。但是,多數(shù)研究工作集中于膠體的平衡態(tài)物理和化學(xué)性質(zhì)研究上。近年來,膠體在非平衡條件下的動力學(xué)特性引起了實(shí)驗(yàn)和理論工作者的廣泛關(guān)注,尤其是活性膠體的自組織形成與自組織形式與生物細(xì)胞的形成有密切關(guān)系,而生命體的形成很多是在非平衡態(tài)下進(jìn)行的。所以研究在非平衡態(tài)下膠體的動力學(xué)特性對于揭示生命起源有著重要意義。本文首先在第一章對軟物質(zhì)進(jìn)行概述,包括軟物質(zhì)的概念、熵的影響以及自組織形成等;第二章對作為軟物質(zhì)典型代表的膠體進(jìn)行綜述,包括帶電和磁化兩種膠體、活性膠體和兩面神膠體顆粒的介紹以及膠體動力學(xué)的最新研究進(jìn)展。本文接下來在第三章綜述了膠體的鎖模特性研究進(jìn)展,包括方位鎖模特性研究進(jìn)展和在交直流外場下的干涉鎖模特性研究進(jìn)展,并利用朗之萬分子動力學(xué),系統(tǒng)研究了周期性釘扎襯底上二維活性磁化膠體的方位鎖模特性和在交直流外場下的干涉鎖模特性。方位鎖模特性的研究結(jié)果表明:活性膠體粒子的運(yùn)動被集體鎖定在襯底某些特定(30°和60°)對稱方向;低溫和小角度外場下,方位鎖模更容易發(fā)生。這與非活性膠體的研究結(jié)果一致。但是,活性會導(dǎo)致粒子集結(jié)成團(tuán)簇,團(tuán)簇內(nèi)部分粒子相干運(yùn)動方向偏離鎖模方向,以致于并非所有膠體粒子的運(yùn)動方向都嚴(yán)格鎖定在襯底對稱方向,不同于非活性膠體系統(tǒng)。交直流外場下的干涉鎖模特性研究結(jié)果表明:在一定的交流振幅和頻率范圍內(nèi),膠體粒子的平均運(yùn)動速度隨直流外場力變化關(guān)系曲線上會出現(xiàn)鎖模臺階;臺階寬度隨交流振幅呈類一階貝塞爾函數(shù)振蕩,隨交流頻率、襯底釘扎強(qiáng)度和粒子間排斥相互作用強(qiáng)度呈倒拋物線變化;臺階處膠體粒子的平均運(yùn)動速度隨交流頻率和粒子間排斥相互作用強(qiáng)度線性增加,但不隨交流振幅和頻率變化。上述規(guī)律與非活性系統(tǒng)一致,但更明顯于非活性系統(tǒng),原因是活性提高運(yùn)動粒子之間的相干性,從而導(dǎo)致更明顯干涉鎖模現(xiàn)象的發(fā)生。本文的研究結(jié)果對于利用直流外場或交直流外場實(shí)現(xiàn)不同種類活性介觀粒子的分離有重要的參考價值。
【圖文】：

物質(zhì)涉及的領(lǐng)域繁多，覆蓋了沙堆、片狀膠體、自驅(qū)動膠體顆粒、DNA 折紙、氣泡、水滴、顆粒物質(zhì)[5, 6]和薄膜等領(lǐng)域。它不僅典物理領(lǐng)域，比如流體[4]等方面，同時也是生物物理學(xué)的理論基生物物理學(xué)又分化為兩個截然不同的方向：物理化學(xué)方向和復(fù)雜命體中的很多物質(zhì)如 DNA、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、血液等都屬于軟物質(zhì)所以軟物質(zhì)領(lǐng)域?qū)ιw的影響起到至關(guān)重要的作用，21 世紀(jì)被的世紀(jì)，軟物質(zhì)這一新的領(lǐng)域迫切需要人們?nèi)ヌ剿鳌＼浳镔|(zhì)研究，如圖 1.1 所示，它是一門跨越物理學(xué)、生命科學(xué)、非線性科學(xué)、學(xué)邊界的多樣化學(xué)科，并不斷深入到新的層次，其豐富的現(xiàn)象仍隨著人們對軟物質(zhì)領(lǐng)域的研究，如今分為兩大方向。一個方向是學(xué)科研究[7]。另一個方向是把軟物質(zhì)放在某個材料上去研究[8]。質(zhì)影響較大，熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)成為了研究軟物質(zhì)的一門重要學(xué)科。目領(lǐng)域的一些理論方法包括標(biāo)度理論、顆粒物質(zhì)理論、軟物質(zhì)靜電等[6]。

該剛體處于平衡狀態(tài)。若系統(tǒng)產(chǎn)生的外部誘導(dǎo)體或粒子回到平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)處于平衡態(tài)，表面上的磚。若最小偏離產(chǎn)生傾向于增加位移剃刀刀片的邊緣上平衡的滾珠軸承。在嚴(yán)格的勻的，否則熱量就會流動，狀態(tài)函數(shù)中的任何來平衡，從而使它們保持恒定，如因受重力的比頂部的平衡壓力高，離心機(jī)的密度梯度由離很有用，在絕熱過程下，若熱流速度太慢則會熱力學(xué)平衡，如上升氣柱的絕熱膨脹理論解釋的現(xiàn)象。若體系焓、熵、溫度分別表示為 H、 H T S，它決定系統(tǒng)平衡下的最后狀態(tài)。能致發(fā)生在固體較硬的物質(zhì)中。熵致相變[11]，是熵體是一種軟物質(zhì)，，所以熵對系統(tǒng)自由能的影響熵致相變引起的。再次說明熵對軟物質(zhì)特別是對圖 1.2 給出能致相變和熵致相變的圖示[10]。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O488

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本文編號：2596305