椭球与圆球混合胶体体系的玻璃化转变

以椭球与圆球混合的胶体体系为研究对象,通过增加体系的面积分数,从实验上研究了混合体系发生玻璃化转变过程中结构和动力学行为的演变规律.在结构方面,通过计算和分析径向分布函数、泰森多边形以及取向序参量,发现椭球可以有效地抑制圆球结晶,整个体系在结构上始终保持无序.在动力学方面,通过计算体系的均方位移和自散射函数,发现随着面积分数的增加,体系的动力学明显变慢,弛豫时间在接近模耦合理论预测的玻璃化转变点快速增大并发散.通过考察快速粒子参与的协同重排行为,发现协同重排区域形状、大小和位置都与椭球的存在密切关联.     

椭球胶体在圆球胶体体系中扩散行为的实验研究

复杂受限介质中的扩散行为在自然界是普遍存在的,与其相关的研究涉及物理学、材料科学和生物学等多学科领域,受到了这些领域研究者们的广泛关注.然而,相比于众多的圆球受限扩散研究,对形状各向异性的粒子在复杂受限介质中的扩散行为的研究依然比较匮乏.本文提出了一个简单的软物质实验模型—胶体椭球与圆球混合体系,来研究形状各向异性的椭球在圆球的受限环境下的扩散行为.通过描述椭球的运动轨迹和计算粒子的均方位移、范霍夫自关联函数以及非高斯参量,发现随着圆球浓度的增大,椭球的平动和转动都被抑制,出现次扩散行为;并且,平动和转动的位移分布也展现出不同的演化行为,表明这两种运动在高浓度下会发生解耦合.此外,在不同圆球浓度下,椭球都趋向于沿自身长轴方向扩散,因此在沿长轴和短轴方向的平动受到的受限作用的影响也不同,导致二者也发生解耦合行为.综上所述,受限环境会导致各向异性胶体粒子出现反常扩散行为.本文的研究有助于理解复杂环境中各向异性物体的扩散和输运行为.     

有限尺寸胶体体系的二维结晶

从工业上的大尺寸晶体生长到实验室中受限小体系的结晶,结晶是普遍存在的物理现象,也一直是物理学中的重要研究课题.与大尺度结晶相变的研究相比,对于有限小尺度体系结晶过程的研究相对较少.本文通过设计具有吸引相互作用的胶体体系,在实验上研究了有限小尺寸胶体体系的二维结晶相变.通过计算和分析径向分布函数、泰森多边形以及取向序参量,发现有限小尺寸体系的结晶过程是从中央高密度区域开始,随着结晶的进行,周围液相减小而晶相增加,最后完全转变为晶态的过程.体系结晶速率呈现两个阶段:在结晶初期中央区域是高密度的亚稳态液体,会降低结晶自由能能垒,使得体系快速结晶;随后晶相长大,亚稳态液体消失,体系结晶速率变慢.此外,通过统计有序度参量的分布发现:在结晶过程中,序参量出现双峰分布,分别对应液相和晶相,与大尺度胶体体系的二维结晶行为一致,说明序参量分布的变化规律是二维结晶相变的重要特征.