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(xué)頒獎(jiǎng)演說時(shí)首次被提出,此后軟物質(zhì)被大家越來越所認(rèn)識(shí)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(tuán)(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(shí)空序到復(fù)雜生命體一系列的結(jié)構(gòu)體和動(dòng)力學(xué)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(xì)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(xué)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(diǎn)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?cè)谶@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(xué)響應(yīng)和電場分布。我們分別從數(shù)值和解析兩種方法進(jìn)行研究,對(duì)其中的材料介電參數(shù),分別從Drude模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,來證實(shí)

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(dāng)?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(shí),梯度控制的電場對(duì)有一個(gè)寬等離帶的非線性增強(qiáng)給出了一個(gè)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(duì)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?。我們引入了一個(gè)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(jì)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(shí)對(duì)一些轉(zhuǎn)變過程中的中間結(jié)構(gòu)確實(shí)存在光子全帶隙。因此,人們可以利用電流變效應(yīng)來實(shí)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(qiáng)耦合作用下的光學(xué)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(duì)相同的銀金屬顆粒,消光光譜出現(xiàn)了兩個(gè)峰,其中一個(gè)波長較低的峰由金屬顆粒間的強(qiáng)相互作用導(dǎo)致。對(duì)于大小不等的金屬

6、顆粒的光學(xué)響應(yīng),金屬顆粒間強(qiáng)相互耦合對(duì)大顆粒的等離激元共振峰有可忽略的影響,而對(duì)于小金屬顆粒具有重大影響。對(duì)于小金屬顆粒,當(dāng)顆?？康谋容^近的時(shí)候,顆粒之間的強(qiáng)耦合相互作用占據(jù)了主導(dǎo)地位(強(qiáng)耦合相互作用引起的等離激元共振峰的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)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(shí)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