电解液中带电平板与带电胶体球之间的有效相互作用

用Poisson-Boltzmann方程，计算了在具有单价离子的电解质溶液中均匀地带同号电荷的两无限大平行平板间的有效相互作用，以及用Derjaguin近似研究了边界对带电胶体球的影响.不考虑微离子相互作用时，两带电平板只有排斥作用，而且边界条件(面电荷密度)的改变对它们之间的有效相互作用影响不大.带电平板与带电胶体球之间的相互作用也有类似规律. 关键词： Poisson-Boltzmann方程 Derjaguin近似 双电层 渗透压     

周期型二元颗粒链中孤波传播的二体碰撞近似分析

本文运用二体碰撞近似理论研究了孤波在周期型二元颗粒链中的传播. 周期型二元颗粒链由N个大球和一个小球交替排列而成, 球的材质都相同. 将小球和与之相邻的大球等效成一个球, 形成一条等效链. 采用二体碰撞近似理论, 推导了孤波在颗粒链中传播的速度、通过颗粒链时间以及小球的振荡频率. 理论分析得到小球振荡频率随着半径的增大而减小, 该结果与计算机模拟结果符合得相当好. 二体碰撞近似理论给出的波通过整条颗粒链时间, 在N ≤ 2时与计算机模拟结果符合得很好. 理论计算的误差随链长的变化不大. 但随着N的增大, 理论得到的结果相对误差变大.     

二分量带电胶体悬浮系统的等效硬球模型

研究由无限稀薄的靶粒子散布于有限浓度(体积分数为)的主粒子悬浮液中而组成的二分量带电胶体系统,计算了靶粒子的短时间平动和转动自扩散系数.当系统中的粒子浓度和电解质浓度都不太高时,只考虑流体力学相互作用对扩散张量的首项两体贡献.为了计算体系的对分布函数,在数值计算的基础上发展了一个等效硬球模型,近似地把主粒子和靶粒子看作等效半径为δEHS的相同硬球粒子.结果表明,靶粒子的自扩散系数随两种粒子尺寸比和主粒子体积分数变化的关系可以很好地用等效硬球模型来解释 关键词： 胶体悬浮系统 自扩散 等效硬球 流体力学作用 关联函数     

带电胶体系统中的排空作用

用Monte Carlo模拟研究弱带电胶体系统的性质.在四维超球面欧氏空间中严格表示库仑作用的基础上，通过接受率法计算带电胶球间的排空势和排空力.研究了受限于两块平行带电平板之间、淹没于带电小胶球之中的一个或两个带电大胶球系统的排空作用，并通过与不带电的硬球系统相应结果的分析、对比，发现静电势能增强带电胶球之间的排空作用. 关键词： 超球面法 接受率方法 排空作用 Monte Carlo模拟     

用积分方程方法决定胶粒之间的空耗势

用硬球模中性胶体粒子 ,数值求解双组分Ornstein Zernike积分方程 (当大的中性胶体粒子的浓度为零时 ) ,用来决定悬浮在溶剂 (用小的硬球模拟 )中两个胶粒之间的空耗势 .所预言的空耗势与文献的模拟数据和实验数据能很好地符合 .研究发现 ,基于空耗势的有效一组分Hansen Verlet一相相变标准完全不能预言双组分系统的液 固相变 .讨论了导致这种现象的原因 :Hansen Verlet一相相变标准不能自地处理有效一组分系统中固相与液相的体积能     

胶体中排空作用的耦合效应

通过Monte Carlo模拟和接受率方法研究了限制在圆柱形管道中大胶球之间以及大胶球与管壁之间排空作用的耦合效应.研究发现,当两个大胶球靠近时,大胶球之间的排空作用因与大胶球与管道壁之间的排空作用耦合而得到加强,同样当大胶球与管道壁靠近时,大胶球与管道壁之间的排空作用也因与另一大胶球之间排空作用的耦合而得到了加强.此外,研究还发现,随着圆柱形管道直径的减小,胶球之间、胶球与管道壁之间的排空作用的耦合效应是增强的. 关键词： 排空作用的耦合效应 接受率方法 Monte Carlo模拟     

基于直接胶体晶体刻蚀技术的高度有序纳米硅阵列的尺寸及形貌控制

以自组装单层胶体小球阵列为掩模，采用直接胶体晶体刻蚀技术在硅表面制备二维有序尺寸可控的纳米结构.在样品制备过程中，首先通过自组装法在硅表面制备了直径200nm的单层聚苯乙烯(PS)胶体小球的二维有序阵列；然后对样品直接进行反应离子刻蚀(RIE)，以氧气为气源，利用氧等离子体对聚苯乙烯小球和对硅的选择性刻蚀作用，通过改变刻蚀时间，制备出不同尺寸的PS胶体小球的有序单层阵列；接着以此二维PS胶体单层膜为掩模，以四氟化碳为气源对样品进行刻蚀；最后去除胶体球后得到二维有序的硅柱阵列.SEM和AFM的测量结果表明：改变氧等离子体对胶体球的刻蚀时间和四氟化碳对硅的刻蚀时间，可以控制硅柱的尺寸以及形貌，而硅柱阵列的周期取决于原始胶体球的直径. 关键词： 胶体晶体刻蚀 纳米硅柱阵列     

磁性液体中非磁性小球与磁性纳米颗粒的相互作用及磁组装

利用磁性液体与聚苯乙烯小球溶液混合得到的复合磁性液体, 研究了聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒在外加磁场作用下的动力学过程. 实验结果表明, 当外加磁场的方向平行于样品平面时, 聚苯乙烯小球在沿着磁场的方向上表现出相互吸引而形成链状结构, 其动力学过程可分为聚苯乙烯小球被反磁化产生相互吸引而形成短链的快过程以及短链间相互吸引形成长链的慢过程; 当外加磁场的方向垂直于样品平面时, 相邻聚苯乙烯小球表现出排斥的相互作用而形成短程有序的二维结构, 当磁场强度增加到一定的阈值时, 聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒形成的团簇会产生相互吸引而组装成复合式的花瓣结构. 关键词： 磁性液体 磁组装 非磁性颗粒     

一种薄膜中颗粒自动分层的新机制

正一般制备固体表面上薄膜的方法是在固体表面涂抹一层含有固态胶体颗粒的液体膜,然后令液体蒸发而成。染料和墨水就是由悬浮在液体中的小颗粒构成的典型胶体。当液体蒸发时,这些颗粒融合在一起形成薄膜。研究人员从理论和实验两方面展示新的结果:如果颗粒尺寸足够大,两种不同尺寸的颗粒会在干燥过程中分层。较小颗粒形成的层位于大颗粒层的上方。这种分层方式     

牛顿碰撞球的解释与分析

对牛顿碰撞球的常规碰撞形式和混合联珠单球碰撞形式做了理论分析和解释.在常规碰撞时,将悬线(钓鱼线)先悬挂小球一段时间后组装仪器,可克服悬线的拉力.在混合联珠单球碰撞时,根据理论分析,选取大球和小球的质量比为27∶8时,演示效果较好.     

流体相互作用力对剪切流动下胶体重构的影响

本文利用布朗动力学和斯托克斯动力学方法对胶体在剪切流动下的重构和断裂过程进行了数值模拟,计算并分析了颗粒间作用势以及流体相互作用力对胶体断裂的临界剪切率的影响。模拟中胶体颗粒间作用势采用了L-J势和Yukawa排斥势的组合模型。模拟结果显示,作用势最大值与最小值的差决定了胶体断裂的临界剪切率,但由于胶体的几何构型(也是作用势的函数)的影响,两者的依存关系是非线性的。布朗动力学方法虽然不包含颗粒间的流体相互作用力,但是与斯托克斯动力学方法的结果比较发现,当颗粒间作用势较强,胶体满足刚性假设时,布朗动力学方法依然能够定性地给出胶体在剪切流动下的断裂规律。     

具有金纳米小球覆盖的超导纳米线条的Ⅰ～Ⅴ特性

我们利用电磁场仿真软件CST分别对单个金纳米小球,单层纳米球和双层纳米球阵列在可见光波段的光吸收特性进行了仿真,所得结果与参考文献中实验数据一致,证明了方法的正确性.在此基础上对仿真结果进行了定性的分析,给出了影响纳米球等离激元谐振波长和吸收效率的因素.最后,我们将金纳米小球应用到超导单光子探测器中,测量了有金纳米颗粒和无金纳米颗粒时超导纳米线临界电流的变化,观察到金纳米颗粒表面等离激元共振引起的临界电流的大幅度变化,结合仿真,对实验测量结果给出了合理的解释.     

计算平均力势的理论方法

提出了一个用于计算平均力势的普适性的理论框架,方法克服了以前的方法的缺陷,仅仅需要溶剂粒子在单个溶质粒子附近的密度分布作为输入.计算了两个大尺寸溶质粒子浸在小尺寸硬球溶剂浴中的平均力势,理论预言与可能的模拟数据符合.调查了溶剂-溶质相互作用势、溶剂密度、溶质粒子尺寸对过量平均力势的影响.结论是:溶剂粒子在单个溶质粒子附近的减少导致吸引的过量平均力势,而溶剂粒子在单个溶质粒子附近的聚集导致排斥的过量平均力势,高溶剂密度与大溶质粒子尺寸能强化这种趋势.讨论了这种空耗吸引-聚集排斥与生物学中的疏水吸引-水化排斥的联系.     

高斯噪声诱导二元混合物/粒子系统有序结构的形成

采用蒙特卡罗方法研究高斯噪声场对添加硬球粒子的二元混合物系统自组装的驱动作用.发现硬球粒子与组分之间的相互作用决定硬球粒子在畴中存在的区域.当硬球粒子与组分之间的相互作用较大,硬球粒子浓度n≤0.05时,对于足够强的高斯噪声场,存在一个最佳噪声作用概率区域(p=0.005~0.02),其间高斯噪声已完全消除硬球粒子的钉扎效应,使体系快速生长并形成取向性很好的条状畴结构.     

LJ模型的热力学特性、相平衡及用于真实分子的研究

结合描述硬球固体Helmholtz自由能的自由体积方法与描述硬球固体径向分布函数的拟合的分析表达式与一阶热力学摄动理论,用于描述Lennard Jones(LJ)固体的Helmholtz自由能.按照一个修正的WCA方法将LJ势分为短程排斥部分与长程吸引部分,将文献中一个用于求取液相的等价的硬球直径的简单的迭代法扩展到固相,用于求取固相的等价的硬球直径.在固体Helmholtz自由能的计算中,使用200壳层,以便获得精确的结果.体相LJ液体的热力学特性由一个最近提出的状态方程求取.该方法很好地描述了LJ固体的过量Helmholtz自由能与状态方程,满意地描述了Lennard Jones模型的相平衡;通过选取合适的LJ势参数,能很好地描述了真实分子的融化曲线.     

Glauber理论的精确展开和硬球近似的比较

本文研究了在高能量下两个少数粒子体系间进行散射时, Glauber的精确展开与硬球近似展开的比较. 计算结果表明, 在一般情况下, 硬球近似是Glauber公式的一个好的近似.     

平板电极间胶体晶体在电场作用下的各向同性压缩

用直径 300 nm的聚苯乙烯微球配制不同浓度的胶体晶体溶液, 将其快速注入内表面镀有导电薄膜的玻璃样品池中, 形成 (111) 晶面平行于玻璃表面的面心立方单晶结构. 通过激光衍射Kossel线方法, 研究了不同体积分数的胶体晶体样品 及它们在均匀电场作用下晶体结构的变化. 实验发现, 随着电场强度的增加, 胶体晶体表现为各向同性的压缩. 胶体晶体在恒定电场下始终保持面心立方结构, 晶格常数随着电场强度的增加逐渐减小. 实验结果可用电场力、电流体力学作用力及颗粒间静电斥力共同解释: 电场力使带电微球克服静电斥力并沿电场反方向运动导致晶体压缩, 而由电场力作用引起的电流体力学液流产生的持续推力使垂直于电场平面上的胶体微球相互靠近. 本实验为天宫一号搭载科学实验的地基实验. 关键词： 胶体晶体 Kossel衍射 结构变化     

自驱动颗粒体系中的熵力

在许多纳米复合材料体系中熵力(entropy force)是普遍存在的,但由于熵力的存在会导致纳米颗粒的凝聚从而降低其许多性能,因此在大多数情况下熵力的存在对体系并无益处,所以研究如何减小熵力对体系的影响是非常重要的.不带角速度的自驱动粒子在熵力作用下会集聚在纳米颗粒(或者纳米棒)周围,这会对纳米颗粒(或者纳米棒)产生很大的相互作用力.对于纳米颗粒,在不带角速度的自驱动粒子体系中存在着非常大的排斥力.而对于纳米棒,由于纳米棒内外的不对称性,使得两个纳米棒之间会产生吸引-排斥转变,同时这个吸引-排斥转变与纳米棒之间的距离有关.当自驱动粒子加上一个自转角速度ω之后,熵力的作用就大大减弱,纳米颗粒不再集聚.研究结果有助于对非平衡态下纳米颗粒(或纳米棒)之间熵相互作用力的认识.     

电流变液中悬浮颗粒的体积与形状的变化

基于偶极近似 ,运用电极化方法 ,定量研究了电流变液中悬浮颗粒在外电场作用下其体积和形状的变化 ,并计算了其体积和形状的相对变化率 .研究结果表明 :悬浮颗粒的体积和形状的相对变化率均与电场强度的平方成正比 ,并与ER本身的性质有关 .一般情况下 ,颗粒的体积和形状的相对变化率分别为 8.4 %和 12 .5 % ,对总体积变化率的贡献为 1.6 8% .这种变化对于ER系统的电涨和电热都作出了贡献 ,仅当将颗粒当作刚性球时 ,其自由能才与电场强度的平方成正比 .     

带电粒子形成胶体晶体的有效硬球模型判据的计算机模拟验证

在对胶体晶体的研究中,带电粒子胶体晶体的形成机理比硬球胶体晶体更加复杂,对其形成条件目前还缺少有效的判断依据. 有效硬球模型判据提出以有效直径作为判断参数. 为了验证该判据的有效性,利用布朗动力学模拟研究了不同有效直径下带电粒子胶体晶体的特性. 为了更加定量地研究单因素对带电胶体晶体形成的影响,取有效直径为2.8至0.8,并对一定的有效直径,研究了粒子几何直径和排斥力不同情况下的结晶行为. 在布朗动力学模拟过程中,采用径向分布函数和键序参数方法检测体系的结构变化,并分析所形成的晶体结构. 结果表明,在判断带电粒子胶体体系能否形成有序结构方面,有效硬球模型判据有一定的合理性. 但是,并不能将有效直径作为唯一的判别参数,而是需要综合其他参数的影响,这显示出该判据的片面性. 关键词： 布朗动力学模拟 带电胶体晶体 有效硬球模型