【摘要】：軟物質最突出的特點-柔軟性和復雜性,使軟物質呈現尤為豐富有趣的物理現象,尤其是軟物質的自組裝行為。軟物質的復雜性使其在一定條件下自組裝成更為復雜的物質結構,其柔軟性導致自組裝結構的最終物質形式由多種相互作用決定。對軟物質自組裝的深入研究不但有助于我們理解不同物相之間的相變行為,而且為設計具有特殊功能的材料提供了一條新的途徑。在眾多的研究方向中,二維熔化和軟準晶的形成一直是軟凝聚態(tài)物理的熱門內容。在木文中,我們主要研究軟芯體系的二維固體-液體相變性質和準晶的自組裝行為。在第一章的緒論中,我們首先介紹了軟物質的重要特性及其主要研究方向。接著我們從軟物質自組裝的分類和自組裝形式兩方面著重介紹軟物質的自組裝及其研究現狀。在眾多的自組裝研究方向中,我們重點研究二維熔化和準晶的自組裝。KTHNY理論是當前理解和分析二維熔化的重要理論基礎。我們從二維固體,KTHNY理論的假設和結論,以及一些研究成果詳細地介紹二維熔化的重要內容,并且從二維熔化的結構特征和動力學特征兩方面列出常用的辨別二維熔化相變性質和各個不同物態(tài)的方法。最后我們跟隨著準晶的發(fā)展,分別介紹了準晶的高維空間模型,重要物理特征以及兩種重要的準晶結構。將準晶和軟物質聯(lián)系起來組裝成軟準晶,是當前研究和解決準晶中一系列問題的重要途徑。不同物理特性的組分粒子對軟物質的宏觀性質有很大的影響。在第二章中,我們首先介紹兩種常用的軟粒子模型,硬芯軟殼層模型和超軟模型,及其典型的相行為。然后,我們針對一種典型的超軟體系及其相行為進行了粗淺地分析。在第三章中,我們研究三種不同的能夠出現再熔化現象的軟芯系統(tǒng)的二維熔化。這類軟芯系統(tǒng)的相圖中存在一個最大熔化溫度Tm,對應的密度③ρm。通過分析等溫狀態(tài)方程及其有限尺度效應,以及用方向關聯(lián)函數和位置關聯(lián)函數確定各個物態(tài),我們發(fā)現在ppm 一側,六角相-液體的轉變是非連續(xù)的,存在相分離,并且共存區(qū)密度間隔隨溫度的升高不斷減小,在最大熔化溫度Tm 處趨于消失。在ppm一側,六角相和液體之間的相變性質是連續(xù)的。更進一步,通過分析液體的最大方向關聯(lián)長度,我們確定最大熔化溫度Tm是兩種相變性質類型的分水嶺。更直接地,我們通過直觀的瞬時位型圖清楚地看到共存相和純的六角相。這些結果表明,具有最大熔化溫度的軟芯系統(tǒng)既能夠出現非連續(xù)的六角相-液體的轉變,也存在連續(xù)的六角相-液體轉變。在傳統(tǒng)的準晶形成的方法中,多種相互競爭的長度尺度被認為是不可或缺的,無論是相互作用勢直接提供的,還是暗藏在粒子大小或者形狀上。在第四章中,我們沿用第三章中的一種純排斥的,各向同性的軟芯模型,驚奇地發(fā)現八軸對稱和十二軸對稱準晶的存在。通過分析準晶的位型結構,我們發(fā)現五邊形是形成準晶序的基本要素。通過分析準晶的動力學性質,以及固體形成前的液體的結構,進一步肯定了五邊形的重要性。然后,我們通過研究準晶形成對路徑依賴與否,以及不同固體結構的勢能的比較確定我們的準晶是穩(wěn)定存在的。最后,我們簡單地分析了準晶的相變性質及其振動特性。我們的結果為形成準晶提供了不可思議的簡單路徑,而且對準晶的理論理解提出了挑戰(zhàn)。在第五章,我們對本論文進行了總結,并對未來的工作做了展望。
[Abstract]:The most outstanding characteristics of the soft matter-flexibility and complexity make the soft material present especially interesting physical phenomena, in particular the self-assembly behavior of the soft material. The complexity of the soft material allows it to self-assemble into a more complex material structure under certain conditions, the flexibility of which results in the final substance form of the self-assembled structure being determined by a variety of interactions. The in-depth study of the self-assembly of soft material not only helps us to understand the phase-change behavior between different phases, but also provides a new way for designing materials with special functions. In many research directions, the formation of two-dimensional melting and soft quasicrystal has been a popular content of soft condensed matter physics. In this paper, we mainly study the properties of the two-dimensional solid-liquid phase transition and the self-assembly behavior of the quasicrystal. In the introduction of the first chapter, we first introduce the important characteristics of soft matter and its main research direction. Then we focus on the self-assembly and self-assembly of the soft material from the two aspects of the self-assembly classification and the self-assembly form of the soft material. In many self-assembly research directions, we focus on the self-assembly of two-dimensional melting and quasicrystal. The KTHY theory is an important theoretical basis for the current understanding and analysis of two-dimensional melting. Based on the assumption and conclusion of the two-dimensional solid and the KTHY theory, and some research results, the important contents of the two-dimensional melting are introduced in detail, and the two-dimensional melting phase-change properties and the different material states are listed from the two aspects of the structural and dynamic characteristics of the two-dimensional melting. In the end, with the development of the quasicrystal, the high-dimensional space model, the important physical characteristics and the two important quasi-crystal structures of the quasi-crystal are introduced. It is an important way to study and solve a series of problems in the quasi-crystal by linking the quasi-crystal and the soft material to the soft quasicrystal. The component particles of different physical properties have a great effect on the macroscopic properties of the soft material. In the second chapter, we first introduce two commonly used soft-particle models, hard-core soft-shell model and super-soft model, and its typical phase behavior. Then, we analyze the typical hypersoft system and its phase behavior. In the third chapter, we study the two-dimensional melting of three different soft-core systems capable of re-melting. In the phase diagram of this kind of soft-core system, there is a maximum melting temperature, Tm, and the corresponding density is 1. m. By analyzing the isothermal state equation and its finite-scale effect, and using the directional correlation function and the position correlation function to determine the state of each object, we find that on the ppm side, The transition of the hexagonal phase-liquid is non-continuous, there is phase separation, and the density of the coexistence zone decreases with increasing temperature and tends to disappear at the maximum melting temperature Tm. The phase-change properties between the hexagonal phase and the liquid are continuous on one side of the ppm. Further, by analyzing the maximum direction correlation length of the liquid, we determine that the maximum melting temperature Tm is a watershed of two phase change property types. More directly, we clearly see the coexistence phase and the pure hexagonal phase by an intuitive instantaneous bit pattern. These results show that the soft-core system with the maximum melting temperature can exhibit both a discontinuous hexagonal phase-liquid transition and a continuous hexagonal phase-liquid transition. In the conventional quasi-crystal formation method, a variety of competing length scales are considered indispensable, whether directly provided by the interaction potential or hidden in the particle size or shape. In the fourth chapter, we follow a purely repulsive and isotropic soft-core model in the third chapter, and the existence of the eight-axis and the twelve-axis symmetric quasicrystal is found. By analyzing the position-type structure of the quasicrystal, we find that the pentagonal shape is the basic element for forming the quasi-crystal order. The importance of the pentagons is further confirmed by analyzing the dynamics of the quasicrystal and the structure of the liquid before the formation of the solid. We then determine that our quasicrystal is stable by studying the dependence of the quasi-crystal on the path, and the comparison of the potential energy of the different solid structures. In the end, we simply analyze the phase-change properties of the quasicrystal and its vibration characteristics. Our results provide an inconceivable simple path for the formation of the quasicrystal, and the theoretical understanding of the alignment crystal presents a challenge. In the fifth chapter, we sum up the thesis and look forward to the future work.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O469

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