二维活性胶体动力学

发布时间：2017-10-31 00:29

  本文关键词：二维活性胶体动力学

  更多相关文章： 活性胶体 弹性晶体运动 弹性近晶运动 塑性流动 运动团簇

【摘要】：上世纪以来软物质的研究出现了快速的发展。由于拥有与众不同的性质及丰富的科学内涵,软物质日渐成为物理学乃至其他科学领域的研究热点。作为一种典型的软物质,胶体能够呈现丰富多彩的相和相变,在凝聚态物理及物理化学等领域是理想的实验系统。随着计算机技术的发展,计算机模拟也被广泛的应用于胶体系统物理性质的研究。通过数值模拟,可以获取大量近似理论无法得到或现实实验中难以实现条件下的物理性质。大量的实验和理论研究都曾集中于对胶体平衡态性质的研究。最近二十年,胶体的非平衡态动力学特性,尤其是非平衡态输运特性也得到了系统研究。本文首先综述了带电胶体和磁化胶体动力学性质的研究进展,特别是计算机模拟结果。最近,活性胶体引起了广泛关注。活性胶体粒子之间有自推进形式的相互作用存在,系统中会出现有限尺寸的团簇。生命体自组织行为的发生与活性胶体中团簇的出现存在紧密的关联,并且其自组织行为通常发生在非平衡态下。故有必要对处于非平衡条件下活性胶体的动力学行为,尤其是动力学自组织团簇的形成进行深入研究。另外,生命体所处的空间中广泛分布着电磁场,同时许多生物组织是在无序背景下由具有电磁属性的胶体有序构成的。因此通过探索交直流外场下活性带电和磁化胶体系统在无序衬底上的动力学性质,可以从微观角度揭示胶体、软物质乃至生物分子的活性和自组织机理,并为应用上如何利用交直流外场控制和调节生物活性及自组织提供指导。本文利用朗之万分子动力学,系统研究了无序点钉扎衬底上二维活性磁化胶体系统的非平衡态动力学性质,并发现了丰富的动力学现象。当磁场垂直于系统平面时发现:随着衬底钉扎强度的提高,胶体在脱钉点附近会发生从弹性晶体运动到弹性近晶运动再到塑性流动的动力学转变;随着衬底钉扎强度的进一步提高,运动团簇开始在塑性流动中形成,并伴随临界钉扎力出现峰值效应,即随钉扎强度先增加后减小。另外还发现:随着磁场强度的提高,即胶体粒子间相互作用强度的增强,临界钉扎力逐渐减小,胶体会发生从塑性流动到弹性近晶运动再到弹性晶体运动的动力学转变。运动团簇也会在塑性环境中形成。随着勒纳德——琼斯势强度的提高,系统在弹性晶体相、弹性近晶相及塑性流动相之间重复出现,并伴随有团簇的形成与消失。当磁场平行于二维活性磁化胶体平面时发现:系统会出现链状团簇,且随着磁场强度的增加,短链增长,束链开始出现;临界钉扎力随着磁场强度的增加而减小,但随着无序点钉扎强度的增加而增加。另外还发现:随着外加驱动力的提高,运动系统的链状团簇更加明显,束链增多,表明粒子之间的关联会随着外驱动力的增加而增强。点钉扎无序会破链状团簇,破坏程度随着点钉扎强度增加而增强。无序和温度间的竞争将导致团簇的聚集融化转变。上述研究结果有助于理解生物活性及自组织机理,并为实验上利用外场控制和调节生物活性及自组织提供参考。
【关键词】：活性胶体 弹性晶体运动 弹性近晶运动 塑性流动 运动团簇
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O648.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 软物质10-15
• 1.1 软物质简介10-11
• 1.2 软物质的应用11-13
• 1.3 软物质的非平衡态动力学自组织13-15
• 2 胶体15-25
• 2.1 胶体简介15-17
• 2.2 胶体的基本性质17-19
• 2.3 胶体间的相互作用19-22
• 2.4 胶体自组织与团簇的形成22-23
• 2.5 胶体系统的分子动力学模拟23-25
• 3 二维胶体系统的动力学特性25-68
• 3.1 带电胶体系统的动力学特性25-35
• 3.1.1 无序钉扎衬底上带电胶体系统的动力学特性25-31
• 3.1.2 周期性钉扎衬底上带电胶体系统的动力学特性31-33
• 3.1.3 准周期性钉扎衬底上带电胶体系统的动力学特性33-35
• 3.2 磁化胶体系统的动力学特性35-42
• 3.2.1 无序钉扎衬底上磁化胶体系统的动力学特性35-39
• 3.2.2 周期性钉扎衬底上磁化胶体系统的动力学特性39-41
• 3.2.3 准周期性钉扎衬底上磁化胶体系统的动力学特性41-42
• 3.3 活性带电胶体系统的动力学特性42-51
• 3.4 活性磁化胶体系统的动力学特性51-68
• 3.4.1 磁场垂直于系统平面时活性磁化胶体的动力学特性51-61
• 3.4.2 磁场平行于系统平面时活性磁化胶体的动力学特性61-68
• 4 结论68-69
• 参考文献69-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果73-74
• 致谢74

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本文编号：1120039