【摘要】：軟物質(zhì)最突出的特點(diǎn)-柔軟性和復(fù)雜性,使軟物質(zhì)呈現(xiàn)尤為豐富有趣的物理現(xiàn)象,尤其是軟物質(zhì)的自組裝行為。軟物質(zhì)的復(fù)雜性使其在一定條件下自組裝成更為復(fù)雜的物質(zhì)結(jié)構(gòu),其柔軟性導(dǎo)致自組裝結(jié)構(gòu)的最終物質(zhì)形式由多種相互作用決定。對(duì)軟物質(zhì)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(shè)計(jì)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(zhǔn)晶的形成一直是軟凝聚態(tài)物理的熱門(mén)內(nèi)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(zhì)和準(zhǔn)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(zhì)的重要特性及其主要研究方向。接著我們從軟物質(zhì)自組裝的分類(lèi)和自組裝形式兩方面著重介紹軟物質(zhì)的自組裝及其研究現(xiàn)狀。在眾多的自組裝研究方向中,我們重點(diǎn)研究二維熔化和準(zhǔn)晶的自組裝。KTHNY理論是當(dāng)前理解和分析二維熔化的重要理論基礎(chǔ)。我們從二維固體,KTHNY理論的假設(shè)和結(jié)論,以及一些研究成果詳細(xì)地介紹二維熔化的重要內(nèi)容,并且從二維熔化的結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)力學(xué)特征兩方面列出常用的辨別二維熔化相變性質(zhì)和各個(gè)不同物態(tài)的方法。最后我們跟隨著準(zhǔn)晶的發(fā)展,分別介紹了準(zhǔn)晶的高維空間模型,重要物理特征以及兩種重要的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。將準(zhǔn)晶和軟物質(zhì)聯(lián)系起來(lái)組裝成軟準(zhǔn)晶,是當(dāng)前研究和解決準(zhǔn)晶中一系列問(wèn)題的重要途徑。不同物理特性的組分粒子對(duì)軟物質(zhì)的宏觀性質(zhì)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(duì)一種典型的超軟體系及其相行為進(jìn)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(xiàn)再熔化現(xiàn)象的軟芯系統(tǒng)的二維熔化。這類(lèi)軟芯系統(tǒng)的相圖中存在一個(gè)最大熔化溫度Tm,對(duì)應(yīng)的密度③ρm。通過(guò)分析等溫狀態(tài)方程及其有限尺度效應(yīng),以及用方向關(guān)聯(lián)函數(shù)和位置關(guān)聯(lián)函數(shù)確定各個(gè)物態(tài),我們發(fā)現(xiàn)在ppm 一側(cè),六角相-液體的轉(zhuǎn)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(cè),六角相和液體之間的相變性質(zhì)是連續(xù)的。更進(jìn)一步,通過(guò)分析液體的最大方向關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度,我們確定最大熔化溫度Tm是兩種相變性質(zhì)類(lèi)型的分水嶺。更直接地,我們通過(guò)直觀的瞬時(shí)位型圖清楚地看到共存相和純的六角相。這些結(jié)果表明,具有最大熔化溫度的軟芯系統(tǒng)既能夠出現(xiàn)非連續(xù)的六角相-液體的轉(zhuǎn)變,也存在連續(xù)的六角相-液體轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)的準(zhǔn)晶形成的方法中,多種相互競(jìng)爭(zhēng)的長(zhǎng)度尺度被認(rèn)為是不可或缺的,無(wú)論是相互作用勢(shì)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(xiàn)八軸對(duì)稱(chēng)和十二軸對(duì)稱(chēng)準(zhǔn)晶的存在。通過(guò)分析準(zhǔn)晶的位型結(jié)構(gòu),我們發(fā)現(xiàn)五邊形是形成準(zhǔn)晶序的基本要素。通過(guò)分析準(zhǔn)晶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),以及固體形成前的液體的結(jié)構(gòu),進(jìn)一步肯定了五邊形的重要性。然后,我們通過(guò)研究準(zhǔn)晶形成對(duì)路徑依賴(lài)與否,以及不同固體結(jié)構(gòu)的勢(shì)能的比較確定我們的準(zhǔn)晶是穩(wěn)定存在的。最后,我們簡(jiǎn)單地分析了準(zhǔn)晶的相變性質(zhì)及其振動(dòng)特性。我們的結(jié)果為形成準(zhǔn)晶提供了不可思議的簡(jiǎn)單路徑,而且對(duì)準(zhǔn)晶的理論理解提出了挑戰(zhàn)。在第五章,我們對(duì)本論文進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來(lái)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O469

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本文編號(hào)：2488563