帶電膠體粒子比原子和分子大的多,結(jié)晶時(shí)間長,而且其形狀、大小和相互作用等更容易精確控制,可采用的觀測手段也豐富得多,可以直接可視化,所以可以作為一種時(shí)間和空間都高度放大了的普適性模型來研究結(jié)晶現(xiàn)象。同時(shí),其所形成的膠體晶體也是一種重要的微納米材料,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但實(shí)際的膠體體系,卻很難達(dá)到理想化的單一組分狀態(tài)。而且,也有研究發(fā)現(xiàn),單組分的膠體晶體在結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控等方面具有一定的缺陷,而二元膠體卻可以實(shí)現(xiàn)單組分膠體晶體所不具備的結(jié)構(gòu)和性能。本論文中,將采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,來觀察二元帶電膠體的結(jié)晶過程。粒子間的相互作用勢用硬核-Yukawa模型來代表,各個(gè)相互作用參數(shù)可以通過改變一些條件自由地調(diào)整,從而對(duì)應(yīng)很多種類的物質(zhì)或體系,其結(jié)果具有很強(qiáng)的普適性。主要研究內(nèi)容如下:（1）研究了體積分?jǐn)?shù)對(duì)不同粒徑比的二元帶電膠體體系結(jié)晶的影響規(guī)律。與單組分膠體粒子結(jié)晶相比,第二組分粒子的加入增加了多分散性,明顯抑制結(jié)晶。而且,隨著粒徑比擴(kuò)大,多分散度增加更為明顯,甚至?xí)䦟?dǎo)致玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。（2）當(dāng)大、小粒子的體積分?jǐn)?shù)分別為:0.01、0.08時(shí),在粒徑比較小時(shí),體系結(jié)晶穩(wěn)定后,大尺寸的膠體粒子... 

【文章來源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自然界和實(shí)驗(yàn)室中的膠體[8]

液體向亞穩(wěn)態(tài)晶體轉(zhuǎn)變，當(dāng)大硬球體的體積分?jǐn)?shù)較高，粒徑比為5:1時(shí)，會(huì)發(fā)生晶體之間的相轉(zhuǎn)變。S.Punnnathanam和P.A.Monson[27]等人采用MonteCarlo模擬的方法，比較了在過冷度較高的情況下，單組分和二元硬球混合物的結(jié)晶過程，并且作出了二元硬球膠體的結(jié)晶相圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在粒徑比a=0.97時(shí)，由于兩種組分之間粒徑差很小，因此，這兩種組分之間固體和液體是完全互溶的，在壓強(qiáng)達(dá)到11.7，液體開始轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄w（FCC）結(jié)構(gòu)。隨著粒徑差別的增大，達(dá)到粒徑比a=0.80時(shí)，兩種組分基本不互溶，得到二元硬球膠體系統(tǒng)的相圖如圖1.2所示。圖1.2二元硬球膠體系統(tǒng)相圖[27]圖1.2中，A和B分別表示純A組分和純B組分的FCC晶體結(jié)構(gòu)，L表示液相。在此二元硬球膠體相圖中，摩爾體積xA=0.23處，有共晶點(diǎn)，壓力值在11.7和28之間液相和純A或純B晶體共存，而在較高的壓力下，純A和純B晶體共存。與單組分膠體結(jié)晶相比，混合物的結(jié)晶行為表現(xiàn)出更豐富的變化。P.Pusey[28]等人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粒徑比a=0.58時(shí)，兩種膠體粒子的體積分?jǐn)?shù)在一定范圍內(nèi)，會(huì)在二元硬球膠體系統(tǒng)中形成了AB3和AB13兩種非常穩(wěn)定的超晶格結(jié)構(gòu)，之后，他們還發(fā)現(xiàn)了粒徑比a在0.65-0.85的范圍內(nèi)，出現(xiàn)AB形的晶體結(jié)構(gòu)，a大于0.85時(shí)，形成了一種致密的隨機(jī)合金結(jié)構(gòu)。1.3.2二元帶電膠體相互作用勢的研究帶電膠體粒子形成的膠體晶體是由帶電膠體粒子分散于點(diǎn)解質(zhì)溶液中，自組裝形成的三維有序結(jié)構(gòu)，這一類膠體粒子在實(shí)驗(yàn)上也比較容易制備（如聚苯乙烯膠體粒子、二氧化硅膠體粒子），同樣在自然界中也有較多存在。帶電粒子之間的相互作用勢可由DLVO

體積分?jǐn)?shù)對(duì)二元帶電膠體粒子結(jié)晶過程影響的計(jì)算機(jī)模擬8變的理想模型系統(tǒng)。而計(jì)算機(jī)模擬對(duì)二元膠體系統(tǒng)的液-晶轉(zhuǎn)變和液-玻璃轉(zhuǎn)變的觀察和分析上提供了獨(dú)到的見解。SubrataSanyal[33]等人對(duì)兩種不同粒徑比，不同體積分?jǐn)?shù)的二元帶電膠體混合物進(jìn)行布朗動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)通過降低另一添加組分的濃度n，在2.0時(shí)，液體會(huì)結(jié)晶成BCC晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)3.0時(shí)，體系會(huì)形成玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)此時(shí)的粒子均方位移（MSD）曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)過冷液體的MSD曲線呈現(xiàn)階梯狀，說明二元粒子之間的運(yùn)動(dòng)具有協(xié)同作用。1.3.3二元帶電膠體結(jié)晶過程的研究近年來，Russel和Frenkel等人在膠體的結(jié)晶過程和動(dòng)力學(xué)計(jì)算方面進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，這些研究是基于經(jīng)典成核理論進(jìn)行分析的。經(jīng)典成核理論假設(shè)，成核是體系的熱漲落和自由能綜合總用的結(jié)果，要形成半徑為rn的球形晶核，所需要的自由能ΔG為：式（1.7）中，γ為表面自由能，Δu為液固兩相的化學(xué)勢之差，ΔG是固液兩相的自由能勢壘，由兩項(xiàng)組成，當(dāng)rn很小時(shí)，第二項(xiàng)起主導(dǎo)作用，ΔG隨晶核尺寸rn的增大而增大，當(dāng)rn增長到一定程度時(shí)，第一項(xiàng)開始起主導(dǎo)作用，ΔG隨晶核尺寸rn的增大而減小，晶核的自由能示意圖如圖1.3所示[34]。圖1.3經(jīng)典成核理論自由能示意圖[34]經(jīng)典成核理論認(rèn)為，在膠體均勻形核的過程中，晶核需要超過一定的臨界尺寸，以越過自由能勢壘，然后才能繼續(xù)長大，形成晶體，通常情況下，臨界晶核的粒子數(shù)在102和104之間。由于觀測技術(shù)方面的原因，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，很難觀察到成核過程，一般觀察到的晶粒都超過臨界晶核尺寸，很難觀察到成核過程，而計(jì)算機(jī)模擬則不受此限制，許多研究者們就曾經(jīng)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)晶核的生長速率、尺寸和形態(tài)進(jìn)行觀察分析，從而和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。23434nnrurG（1.7）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]復(fù)雜流體中新型材料的合成反應(yīng)過程實(shí)時(shí)跟蹤研究[J]. 吳忠華,黃宇營,張建玲,沈容,俞宏英,邢雪青,楊春明,韓布興,陸坤權(quán).  中國基礎(chǔ)科學(xué). 2018(05)
[2]在單粒子尺度下用膠體研究相變[J]. 王峰,韓一龍.  物理. 2018(04)
[3]一維光子晶體結(jié)構(gòu)色材料的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 寇東輝,馬威,張淑芬,王琳,唐炳濤,李爽.  化工進(jìn)展. 2018(04)
[4]懸浮顆粒形狀對(duì)其在多孔介質(zhì)中遷移和沉積特性的影響[J]. 蔣思晨,白冰.  巖土力學(xué). 2018(06)
[5]分子動(dòng)力學(xué)模擬基本原理及其應(yīng)用[J]. 李煌,魯紅權(quán),陳欽煌,張宏偉,周葉琪,童小寶.  科技視界. 2018(05)
[6]微凝膠膠體晶體研究進(jìn)展[J]. 關(guān)英,張擁軍.  高分子學(xué)報(bào). 2017(11)
[7]Visualizing complex pore structure and fluid flow in porous media using 3D printing technology and LBM simulation[J]. TONG Shao-qing,DONG Yan-hui,ZHANG Qian,SONG Fan.  Journal of Groundwater Science and Engineering. 2017(03)
[8]基于分子動(dòng)力學(xué)方法的多層石墨烯超滑失效機(jī)理分析[J]. 陳晶晶,王成鑫,林強(qiáng).  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)
[9]淺談雙電層模型演變在材料腐蝕學(xué)科中的應(yīng)用[J]. 王黨會(huì),雒設(shè)計(jì),許天旱,姚婷珍,宋海洋,王磊,肖美霞.  教育教學(xué)論壇. 2017(04)
[10]藍(lán)色聚苯乙烯膠體晶體膜的制備及其呈色機(jī)理研究[J]. 王莉麗,王秀峰,劉派,王浩,伍媛婷.  人工晶體學(xué)報(bào). 2016(06)

博士論文
[1]二維膠體結(jié)晶及玻璃化轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 孫曉燕.蘇州大學(xué) 2014
[2]空間膠體晶體生長實(shí)驗(yàn)裝置關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 楊皓.中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心） 2011

碩士論文
[1]活性膠體粒子的動(dòng)力學(xué)模擬研究[D]. 婁辛.山東師范大學(xué) 2018
[2]膠體體系中結(jié)晶過程的研究[D]. 曹鏡聲.蘇州大學(xué) 2016
[3]不同條件下膠體晶體結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的彈性性質(zhì)研究[D]. 秦艷銘.山東師范大學(xué) 2015
[4]膠體晶體的自組裝動(dòng)力學(xué)以及光學(xué)性能研究[D]. 李書文.浙江理工大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3092874