若干軟物質(zhì)材料的物性研究.pdf

1、“軟物質(zhì)(Soft matter)”是de Gennes在諾貝爾物理學頒獎演說時首次被提出,此后軟物質(zhì)被大家越來越所認識和重視。軟物質(zhì)又稱軟凝聚態(tài)物質(zhì)(Soft condensed matter)或稱復(fù)雜流體(Complex fluid),是指處于固體和理想流體之間的復(fù)雜物質(zhì),一般由大分子或基團(固、液、氣)組成。這類物質(zhì)與普通固體、液體和氣體大不相同。流體熱漲落和固態(tài)的約束共存導(dǎo)致了軟物質(zhì)的新行為,體現(xiàn)了軟物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和相互作用的復(fù)

2、雜性及其特殊性。軟物質(zhì)在納米到微米尺度(1～1000nm)范圍內(nèi),通過相互作用可形成從簡單的時空序到復(fù)雜生命體一系列的結(jié)構(gòu)體和動力學系統(tǒng)。
　　 軟物質(zhì)與人們生活密切相關(guān),如橡膠、人造纖維、洗滌液、藥品和化妝品等等;在技術(shù)上有廣泛應(yīng)用,如液晶、聚合物等;生物體基本上由軟物質(zhì)組成,如細胞、蛋白質(zhì)等。軟物質(zhì)的豐富物理內(nèi)涵和廣泛應(yīng)用背景引起越來越多物理學家的興趣,是具有挑戰(zhàn)性和迫切性的重要研究方向,已成為凝聚態(tài)物理研究重要前沿領(lǐng)域。軟

3、物質(zhì)包含的范圍十分廣泛。我們將重點研究了膠體晶體、電流變液相關(guān)的的應(yīng)用。接下來我們具體介紹我們在這些軟物質(zhì)領(lǐng)域相關(guān)的工作。
　　 第二章,我們研究一類非常有意義的膠體晶體材料。它是一種多層膠體晶體,每一層由金屬介電納米電顆粒均勻分布在基質(zhì)中,層與層的材料特性呈梯度變化。我們調(diào)查了多層膠體晶體的有效非線性光學響應(yīng)和電場分布。我們分別從數(shù)值和解析兩種方法進行研究,對其中的材料介電參數(shù),分別從Drude模型和實驗數(shù)據(jù)進行了對比,來證實

4、我們的模型及結(jié)論的有效性。我們發(fā)現(xiàn)電場分布可以通過恰當?shù)剡x擇入射頻率來調(diào)控。通過調(diào)節(jié)入射角頻率,電場分布的峰值可以定位于不同的層內(nèi)。同時,梯度控制的電場對有一個寬等離帶的非線性增強給出了一個好的理解。
　　 第三章,我們研究膠體晶體的微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變效應(yīng)對光子帶結(jié)構(gòu)的影響。利用電流變效應(yīng)制備的三維膠體晶體在電場作用下,它的晶格結(jié)構(gòu)可以從體心四方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌犯瘛Ｎ覀円肓艘粋€參數(shù)來描述晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的這種連續(xù)變化,考慮了各種不同介電常

5、數(shù)配比下,出現(xiàn)全帶隙的情況。我們計算了這類具有晶格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的晶體的光子帶結(jié)構(gòu),并證實對一些轉(zhuǎn)變過程中的中間結(jié)構(gòu)確實存在光子全帶隙。因此,人們可以利用電流變效應(yīng)來實現(xiàn)特定的光子晶體,它們擁有源自場感應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的光子帶隙。
　　 第四章,我們研究了金屬顆粒間的強耦合作用下的光學響應(yīng)。用多鏡像方法考慮了顆粒間耦合相互作用。發(fā)現(xiàn)對相同的銀金屬顆粒,消光光譜出現(xiàn)了兩個峰,其中一個波長較低的峰由金屬顆粒間的強相互作用導(dǎo)致。對于大小不等的金屬

6、顆粒的光學響應(yīng),金屬顆粒間強相互耦合對大顆粒的等離激元共振峰有可忽略的影響,而對于小金屬顆粒具有重大影響。對于小金屬顆粒,當顆?？康谋容^近的時候,顆粒之間的強耦合相互作用占據(jù)了主導(dǎo)地位(強耦合相互作用引起的等離激元共振峰的強度遠遠大于單顆粒引起的等離激元共振峰),隨著顆粒間的間距逐漸增大,顆粒間的強相互耦合作用逐漸減弱,因而由相互作用導(dǎo)致的等離激元共振峰逐漸減弱,直至消失,同時單顆粒情況下引起的等離激元共振峰占主導(dǎo)地位。因而,以上的結(jié)論