二維活性膠體動(dòng)力學(xué).pdf

1、上世紀(jì)以來(lái)軟物質(zhì)的研究出現(xiàn)了快速的發(fā)展。由于擁有與眾不同的性質(zhì)及豐富的科學(xué)內(nèi)涵，軟物質(zhì)日漸成為物理學(xué)乃至其他科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　作為一種典型的軟物質(zhì)，膠體能夠呈現(xiàn)豐富多彩的相和相變，在凝聚態(tài)物理及物理化學(xué)等領(lǐng)域是理想的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬也被廣泛的應(yīng)用于膠體系統(tǒng)物理性質(zhì)的研究。通過(guò)數(shù)值模擬，可以獲取大量近似理論無(wú)法得到或現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)條件下的物理性質(zhì)。
　　大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究都曾集中于對(duì)膠體

2、平衡態(tài)性質(zhì)的研究。最近二十年，膠體的非平衡態(tài)動(dòng)力學(xué)特性，尤其是非平衡態(tài)輸運(yùn)特性也得到了系統(tǒng)研究。本文首先綜述了帶電膠體和磁化膠體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究進(jìn)展，特別是計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果。
　　最近，活性膠體引起了廣泛關(guān)注?；钚阅z體粒子之間有自推進(jìn)形式的相互作用存在，系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)有限尺寸的團(tuán)簇。生命體自組織行為的發(fā)生與活性膠體中團(tuán)簇的出現(xiàn)存在緊密的關(guān)聯(lián)，并且其自組織行為通常發(fā)生在非平衡態(tài)下。故有必要對(duì)處于非平衡條件下活性膠體的動(dòng)力學(xué)行為，尤其是動(dòng)

3、力學(xué)自組織團(tuán)簇的形成進(jìn)行深入研究。另外，生命體所處的空間中廣泛分布著電磁場(chǎng)，同時(shí)許多生物組織是在無(wú)序背景下由具有電磁屬性的膠體有序構(gòu)成的。因此通過(guò)探索交直流外場(chǎng)下活性帶電和磁化膠體系統(tǒng)在無(wú)序襯底上的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，可以從微觀角度揭示膠體、軟物質(zhì)乃至生物分子的活性和自組織機(jī)理，并為應(yīng)用上如何利用交直流外場(chǎng)控制和調(diào)節(jié)生物活性及自組織提供指導(dǎo)。
　　本文利用朗之萬(wàn)分子動(dòng)力學(xué)，系統(tǒng)研究了無(wú)序點(diǎn)釘扎襯底上二維活性磁化膠體系統(tǒng)的非平衡態(tài)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)

4、，并發(fā)現(xiàn)了豐富的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。
　　當(dāng)磁場(chǎng)垂直于系統(tǒng)平面時(shí)發(fā)現(xiàn)：隨著襯底釘扎強(qiáng)度的提高，膠體在脫釘點(diǎn)附近會(huì)發(fā)生從彈性晶體運(yùn)動(dòng)到彈性近晶運(yùn)動(dòng)再到塑性流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變；隨著襯底釘扎強(qiáng)度的進(jìn)一步提高，運(yùn)動(dòng)團(tuán)簇開(kāi)始在塑性流動(dòng)中形成，并伴隨臨界釘扎力出現(xiàn)峰值效應(yīng)，即隨釘扎強(qiáng)度先增加后減小。另外還發(fā)現(xiàn)：隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高，即膠體粒子間相互作用強(qiáng)度的增強(qiáng),臨界釘扎力逐漸減小，膠體會(huì)發(fā)生從塑性流動(dòng)到彈性近晶運(yùn)動(dòng)再到彈性晶體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變。運(yùn)動(dòng)團(tuán)簇

5、也會(huì)在塑性環(huán)境中形成。隨著勒納德——瓊斯勢(shì)強(qiáng)度的提高，系統(tǒng)在彈性晶體相、彈性近晶相及塑性流動(dòng)相之間重復(fù)出現(xiàn)，并伴隨有團(tuán)簇的形成與消失。
　　當(dāng)磁場(chǎng)平行于二維活性磁化膠體平面時(shí)發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)鏈狀團(tuán)簇，且隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，短鏈增長(zhǎng)，束鏈開(kāi)始出現(xiàn)；臨界釘扎力隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而減小，但隨著無(wú)序點(diǎn)釘扎強(qiáng)度的增加而增加。另外還發(fā)現(xiàn)：隨著外加驅(qū)動(dòng)力的提高,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的鏈狀團(tuán)簇更加明顯，束鏈增多，表明粒子之間的關(guān)聯(lián)會(huì)隨著外驅(qū)動(dòng)力的增加而增強(qiáng)。