玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶是自然界中普遍存在的相變行為,也是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域備受關(guān)注和極為重要的基礎(chǔ)研究課題。膠體體系的出現(xiàn),為研究玻璃化轉(zhuǎn)變行為和結(jié)晶行為提供了優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腕w系,可以實(shí)現(xiàn)在單粒子尺度上定量的研究體系的轉(zhuǎn)變過(guò)程。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),粒子的形狀對(duì)體系的結(jié)構(gòu)和弛豫動(dòng)力學(xué)行為都有很重要的影響,在國(guó)際上受到廣泛關(guān)注。然而由于缺少合適的模型體系,相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究依然匱乏。本文通過(guò)設(shè)計(jì)新穎的膠體體系,系統(tǒng)地研究了粒子形狀引起的膠體玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶相變。其一是通過(guò)改變棒狀膠體粒子的濃度研究體系的二維玻璃化轉(zhuǎn)變行為。其二是利用膠體橢球粒子形狀的連續(xù)改變來(lái)研究體系的二維結(jié)晶過(guò)程。取得的主要研究結(jié)果如下:1.棒狀膠體粒子體系的二維玻璃化轉(zhuǎn)變我們?cè)O(shè)計(jì)和制備了棒狀膠體粒子,在實(shí)驗(yàn)上研究了二維棒狀膠體粒子體系的玻璃化轉(zhuǎn)變行為。通過(guò)對(duì)體系中間自散射函數(shù)和取向關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析,我們得到體系的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)弛豫時(shí)間,利用模耦合理論擬合出了體系的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn),發(fā)現(xiàn)體系發(fā)生兩步玻璃化轉(zhuǎn)變:隨著粒子濃度的升高,體系先發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃化轉(zhuǎn)變,再發(fā)生平動(dòng)玻璃化轉(zhuǎn)變。進(jìn)一步研究表明,這種兩步玻璃化轉(zhuǎn)變是由粒子形狀導(dǎo)致的局部構(gòu)型的... 

【文章來(lái)源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２．膠體硬球體系相圖

粒子形狀引起的膠體兩步玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶?第一章緒論??，、?〔〇〇，ｉｆ?ｒ?＜?ｇ??ＶＷ?＝?ｌ〇，其它?ａｉ）??其中，ｒ表示粒子之間的距離，ａ是粒子對(duì)的半徑之和。因此，從構(gòu)型上講，??整個(gè)體系的勢(shì)能為０。從統(tǒng)計(jì)力學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，自由能的公式為：??３??Ｆ?＝?Ｕ－ＴＳ?＝－ＮｋｂＴ?（１．２）??其中ＡＡ為粒子數(shù)，ｋＢＳ玻爾茲曼常數(shù)。因此，硬球體系的自由能歸根結(jié)底??是由熵來(lái)決定的，屬于典型的無(wú)熱體系，與溫度無(wú)關(guān)，控制體系的唯一的參量是??體系的堆積分?jǐn)?shù)，其形式為：??Ｏ?＝?ＮＶｐ／Ｖ?（１．３）??Ｗ為粒子總數(shù)，Ｖｐ是每個(gè)粒子的體積，Ｋ是整個(gè)體系的體積。圖１．２給出了??硬球膠體體系隨濃度變化的相圖，在上世紀(jì)５０年代，科學(xué)家們通過(guò)計(jì)算模擬技??術(shù)，測(cè)得硬球體系的凝固點(diǎn)為〇ｆｒｅｅｚｅ?＝?〇．４９４，熔點(diǎn)為ｃｔｍｅｌｔｉｎｇ?＝?０．Ｓ４５?［１３］。上??世紀(jì)８０年代，Ｐｕｓｅｙ和Ｖａｎ?Ｍｅｇｅｎ兩位科學(xué)家通過(guò)膠體實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了硬球膠體??體系的相變。研究發(fā)現(xiàn)，在硬球體系中，當(dāng)體積的堆積分?jǐn)?shù)低于凝固點(diǎn)時(shí)，體系??為液態(tài)，如果快速增加堆積分?jǐn)?shù)，就可以避免體系結(jié)晶，使體系形成過(guò)冷液??（ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｅｄ?ｌｉｑｕｉｄ）或玻璃態(tài)［３，?８］。??ＨＣＰ?ＦＣＣ??ａ??圖１．３硬球膠體晶體密堆結(jié)構(gòu)示意圖。??３??

性膠體粒子構(gòu)成的模型更接近真實(shí)的分??子體系。橢球玻璃就是一種各向異性膠體模型。對(duì)于圓球體系，為了抑制膠體體??系隨著體積分?jǐn)?shù)的增加發(fā)生結(jié)晶，通常情況下，可以使用粒子尺寸雙分散或多分??散的膠體體系來(lái)研究玻璃化轉(zhuǎn)變行為。但是雙分散或多分散體系中的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)??比較復(fù)雜，難以闡明玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程中結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)是否確實(shí)存在直接關(guān)聯(lián)性。??然而近期的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于非球形的膠體體系，利用粒子形狀可以實(shí)現(xiàn)抑制體系??的結(jié)晶行為，因而可以直接使用單分散的非球形膠體體系來(lái)研宄玻璃化轉(zhuǎn)變行為。??如圖１．４給出了橢球膠體體系隨形狀變化的相圖，當(dāng)粒子在合適的長(zhǎng)徑比時(shí)，就??可以形成玻璃態(tài)。??廣、—Ａ?｜�。�?Ｉ??：■?Ｋｊｙ??１?￣２．５?長(zhǎng)徑比??Ｉ?１?１?１?＞??ｃｒｙｓｔａｌ?ｒｏｔａｔｏｒ?Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌ?ｎｅｍａｔｉｃ??ｐｈａｓｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｇｌａｓｓ?ｇｌａｓｓ?ｐｈａｓｅ??廠??圖１．４橢球膠體體系的相圖。單分散的橢球可以形成玻璃態(tài)。??１．３．３膠體玻璃化轉(zhuǎn)變的基本特征??膠體體系在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，有一些重要參數(shù)和動(dòng)力學(xué)特性會(huì)發(fā)生??改變，例如動(dòng)力學(xué)不均勻性和牢籠效應(yīng)。體系在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的過(guò)程屮，時(shí)??間和空間上都具有動(dòng)力學(xué)不均勻性［１７－１９］。體系屮的粒了？在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的弛豫??后，運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)發(fā)生改變，這表現(xiàn)為時(shí)間上的動(dòng)力學(xué)＋均勻性；此外，同一體??５??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]攝像顯微技術(shù)在實(shí)驗(yàn)軟物質(zhì)物理中的應(yīng)用[J]. 王華光,張澤新.  物理學(xué)報(bào). 2016(17)
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