熵驱大分子胶体粒子的柱状受限结晶

熵是物理化学的基本状态参量,在统计力学和热力学中处于核心位置.按照玻尔兹曼的微观解释,熵可以由孤立系统微观状态的数目(W)给出,即S=kBlnW,这里kB为玻尔兹曼常数[1,2].根据此公式,微观状态数越多,系统越混乱,熵越大,所以熵常被视作体系无序程度的度量.但熵增仅对应体系微观状态数的增加,与可观测的结构有序程度无关[3~5].在一些典型的软物质体系中,结构越有序熵反而越大,如胶体硬球在随机密堆积点的有序结晶[6]及描述各向异性棒状分子从各向同性相到向列相转变的Onsager原理[7].     

含Janus粒子组装体的构筑、调控及功能的模拟与理论分析

Janus粒子由于其表面性质与形状特征的不对称性而展现出独特的力学、光学、电学、磁学和表面两亲性能,在构筑复杂组装结构及设计新型功能材料方面有着广阔的应用前景.本文主要从计算机模拟与理论分析的角度,结合相关实验体系,系统地总结了目前对含Janus粒子组装体的体系构筑、结构调控及材料功能等的相关研究进展.从Janus粒子自组装结构的精确构筑与动态响应性、界面结构的熵驱调控、非平衡组装动力学及含Janus粒子组装体功能的模拟与预报等4个方面,详细阐述了Janus粒子的复杂多级组装结构及其背后蕴含的热力学与动力学的机理,并介绍了一系列基于含Janus粒子组装体的聚合物基复合材料独特的功能及其潜在应用.在此基础上,指出合理设计Janus粒子的非对称性质以及巧妙调控组装体内的熵、焓平衡,是控制其多级组装结构,进而开发相应新型功能材料的关键,并对Janus粒子未来的理论和模拟研究趋势进行了展望.