二维活性磁化胶体的锁模特性研究

发布时间：2020-03-23 06:00

【摘要】：物质的种类有很多,按照尺寸大小可以分为宏观、微观和介观物质。宏观和微观物质的研究已经相对成熟。然而,介观物质的研究刚刚兴起。软物质,如人体血液、细胞、携带基因信息的DNA和一些生命有关的物质等,皆处于介观尺度。因此,人们称21世纪是软物质的世纪或者生命科学的世纪。自从1991年的诺贝尔物理学奖授予软物质领域,越来越多的人开始在该领域探索。胶体是一种典型的软物质,其尺度介于纳米与微米之间,比原子分子尺度大很多,在实验中容易制作。另外,胶体可以形成较多不同种类的相,变化丰富且易控制,是一种很好的模型材料。胶体研究涉及的学科十分广泛,物理、化学、生物、材料及凝聚态等学科都有所涉及。但是,多数研究工作集中于胶体的平衡态物理和化学性质研究上。近年来,胶体在非平衡条件下的动力学特性引起了实验和理论工作者的广泛关注,尤其是活性胶体的自组织形成与自组织形式与生物细胞的形成有密切关系,而生命体的形成很多是在非平衡态下进行的。所以研究在非平衡态下胶体的动力学特性对于揭示生命起源有着重要意义。本文首先在第一章对软物质进行概述,包括软物质的概念、熵的影响以及自组织形成等;第二章对作为软物质典型代表的胶体进行综述,包括带电和磁化两种胶体、活性胶体和两面神胶体颗粒的介绍以及胶体动力学的最新研究进展。本文接下来在第三章综述了胶体的锁模特性研究进展,包括方位锁模特性研究进展和在交直流外场下的干涉锁模特性研究进展,并利用朗之万分子动力学,系统研究了周期性钉扎衬底上二维活性磁化胶体的方位锁模特性和在交直流外场下的干涉锁模特性。方位锁模特性的研究结果表明:活性胶体粒子的运动被集体锁定在衬底某些特定(30°和60°)对称方向;低温和小角度外场下,方位锁模更容易发生。这与非活性胶体的研究结果一致。但是,活性会导致粒子集结成团簇,团簇内部分粒子相干运动方向偏离锁模方向,以致于并非所有胶体粒子的运动方向都严格锁定在衬底对称方向,不同于非活性胶体系统。交直流外场下的干涉锁模特性研究结果表明:在一定的交流振幅和频率范围内,胶体粒子的平均运动速度随直流外场力变化关系曲线上会出现锁模台阶;台阶宽度随交流振幅呈类一阶贝塞尔函数振荡,随交流频率、衬底钉扎强度和粒子间排斥相互作用强度呈倒抛物线变化;台阶处胶体粒子的平均运动速度随交流频率和粒子间排斥相互作用强度线性增加,但不随交流振幅和频率变化。上述规律与非活性系统一致,但更明显于非活性系统,原因是活性提高运动粒子之间的相干性,从而导致更明显干涉锁模现象的发生。本文的研究结果对于利用直流外场或交直流外场实现不同种类活性介观粒子的分离有重要的参考价值。
【图文】：

软物质,学科特点

物质涉及的领域繁多，覆盖了沙堆、片状胶体、自驱动胶体颗粒、DNA 折纸、气泡、水滴、颗粒物质[5, 6]和薄膜等领域。它不仅典物理领域，比如流体[4]等方面，同时也是生物物理学的理论基生物物理学又分化为两个截然不同的方向：物理化学方向和复杂命体中的很多物质如 DNA、蛋白质、细胞、血液等都属于软物质所以软物质领域对生命体的影响起到至关重要的作用，21 世纪被的世纪，软物质这一新的领域迫切需要人们去探索。软物质研究，如图 1.1 所示，它是一门跨越物理学、生命科学、非线性科学、学边界的多样化学科，并不断深入到新的层次，其丰富的现象仍随着人们对软物质领域的研究，如今分为两大方向。一个方向是学科研究[7]。另一个方向是把软物质放在某个材料上去研究[8]。质影响较大，热力学统计成为了研究软物质的一门重要学科。目领域的一些理论方法包括标度理论、颗粒物质理论、软物质静电等[6]。

平衡态,能量,相变,软物质

该刚体处于平衡状态。若系统产生的外部诱导体或粒子回到平衡状态，则系统处于平衡态，表面上的砖。若最小偏离产生倾向于增加位移剃刀刀片的边缘上平衡的滚珠轴承。在严格的匀的，否则热量就会流动，状态函数中的任何来平衡，从而使它们保持恒定，如因受重力的比顶部的平衡压力高，离心机的密度梯度由离很有用，在绝热过程下，若热流速度太慢则会热力学平衡，如上升气柱的绝热膨胀理论解释的现象。若体系焓、熵、温度分别表示为 H、 H T S，它决定系统平衡下的最后状态。能致发生在固体较硬的物质中。熵致相变[11]，是熵体是一种软物质，，所以熵对系统自由能的影响熵致相变引起的。再次说明熵对软物质特别是对图 1.2 给出能致相变和熵致相变的图示[10]。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O488

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