幾種復雜流體的物性研究.pdf

1、“軟物質(Soft matter)”這個詞，是由諾貝爾獎獲得者、法國物理學家德熱納(P.G.de Gennes)于1991年明確提出來。之前“軟物質”也叫“復雜流體”。軟物質(Soft matter)或稱軟凝聚態(tài)物質(Soft condensed matter)是由固、液、氣集團或大分子等為基本組元組成，是處于理想流體和固體之間的復雜體系。其結構單元(building blocks)間相互作用弱(約為kT)，熱漲落和熵主導其運動和變化。

2、這類物質與普通固體、液體和氣體很不相同。流體熱漲落和固態(tài)的約束共存導致了軟物質的新行為，體現(xiàn)了軟物質組成、結構和相互作用的復雜性及其特殊性。
　　21世紀被認為是生命科學的世紀，從物質劃代角度來看，這也是軟物質的世紀。如果沒有軟物質，生命也不復存在。任何生物結構(包括DNA、蛋白質和生物膜)都是建筑在軟物質的基礎上。軟物質的許多奇特的行為、豐富物理內涵和廣泛應用背景，引起越來越多物理學家的興趣，成為具挑戰(zhàn)性和迫切性的重要研究方向，

3、成為凝聚態(tài)物理研究的重要前沿領域。我們主要研究鐵磁流體、逆鐵磁流體和電流變液等幾種復雜流體的結構、性質和應用。之后我們介紹了特異材料和軟光學特異材料的概念和一些應用。
　　第二章，在外加直流磁場作用下，我們用有限元數(shù)值模擬方法展示了鐵磁流體中光學負折射現(xiàn)象。該鐵磁流體是由四氧化三鐵顆粒外面包裹銀殼層分散在水中形成的。在外加直流磁場的情況下，顆粒會聚集成鏈狀，隨著磁場的增大鏈會聚集成柱狀結構。磁場可控的全角和寬頻光學負折射來源于磁場

4、誘導的鏈/柱狀結構，在當前研究體系中傳播的橫磁波(TM)的等頻率曲線是雙曲線，根據(jù)邊界條件，我們可以確定能流是負折射。軟光學特異材料的提出，使得我們多了一個自由度(外場)來調節(jié)材料的結構，因此材料的光學性質會隨著外場的變化而變化。此外，我們還介紹了多頻可見光波段隱身斗篷的理論基礎?；谧儞Q光學和特異材料，我們可以設計一些光學器件，幾乎任意地調控電磁波。但在實際應用中，材料吸收會相對比較大，實驗中可以用一些增益材料來盡量減少吸收。另一挑戰(zhàn)

5、是拓寬高頻下的工作頻率。
　　第三章，我們研究了逆鐵磁流體的基態(tài)和磁泳現(xiàn)象。利用偶極-多極相互作用模型，我們發(fā)現(xiàn)逆鐵磁流體的基態(tài)為體心正方晶格。了解體系的基態(tài)，有利于我們進一步研究體系的基本性質。在外加非均勻磁場作用下，考慮到結構轉變和顆粒之間的相互作用，我們利用Ewald-Kornfeld公式和Maxwell-Garnett有效媒質理論求出作用在非磁性顆粒上的磁泳力。研究結果表明，非磁性顆粒的磁泳力受到逆鐵磁流體具體的晶格結構、

6、非磁性顆粒的體積分數(shù)、幾何形狀以及外磁場的頻率等因素的調控。磁泳現(xiàn)象廣泛應用于選礦和分離生物細胞中。我們的研究結果對磁泳現(xiàn)象的實際應用有著一定的指導意義。
　　第四章，考慮到多極相互作用，我們利用三種方法研究了在電場作用下三顆粒系統(tǒng)的動力學行為，其中兩個顆粒對稱地固定于第三個自由顆粒的兩側。研究發(fā)現(xiàn)，第三個自由顆粒橫向被拉開并釋放，它會沿垂直于兩固定顆粒的球心連線振蕩。當橫向振幅很小時，顆粒的運動是簡諧運動。簡諧運動的周期受顆粒的