胶体中的相变和自组装

自组装是自然界一种非常普遍的物理现象。小到细胞中的蛋白折叠，大到星系的形成，从微观尺度到宇宙尺度，从生物体系到非生物体系，处处都有自组装现象的身影。了解自组装的基本物理规律，是理解生命起源和自然界各种有序结构形成的关键。生物体内和原子层次上的自组装过程难以直接观测，但胶体体系的自组装过程通过光学显微镜可以直接进行实时原位观测。这为人们了解自组装的动力学和结构的演化过程提供了实验依据。同时，胶体颗粒自组装形成的各种结构，在发展和制备微纳米功能结构方面也有着广泛的应用。早期胶体自组装过程的研究主要集中于平衡相变和平衡结构的形成。随着自驱动胶体体系的发展，非平衡动态自组装和非平衡耗散结构成为目前研究的重点。

丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 胶体系统概述 1
1.2 胶体科学的发展 2
1.3 胶体与基础物理研究 3
1.4 胶体自组装及应用 6
1.5 展望 7
第2章 胶体体系中的相转变 9
2.1 胶体间的相互作用力 10
2.1.1 静电相互作用 10
2.1.2 范德瓦耳斯力和 DLVO 理论 11
2.1.3 排空吸引力 12
2.1.4 硬球相互作用 13
2.2 胶体中的相变 14
2.2.1 硬球体系相行为 14
2.2.2 纯排斥力体系中的相变：Wigner晶体 14
2.2.3 长程吸引短程排斥体系中的相变 14
2.3 DNA诱导的相互作用 16
2.4 不对称相互作用 17
2.4.1 Janus粒子 17
2.4.2 磁性纳米颗粒 17
参考文献 18
第3章 胶体体系中结晶过程的研究 22
3.1 经典成核理论 22
3.2 非球形晶核 25
3.2.1 两步成核过程 26
3.2.2 Lennard-Jones(L-J)体系 27
3.2.3 硬球和排斥力体系 29
3.3 未来的发展 30
参考文献 30
第4章 胶体晶体的熔化 34
4.1 晶体熔化概述 34
4.2 三维晶体非均匀熔化 38
4.3 三维晶体均匀熔化 39
4.4 二维晶体熔化 40
4.5 薄膜晶体熔化 43
4.6 预熔化 43
4.7 展望 45
参考文献 45
第5章 胶体晶体的固-固相变 48
5.1 固-固相变概述 48
5.2 调节胶体粒子驱动的固-固相变 49
5.3 外场驱动的固-固相变 54
5.4 小结与展望 56
参考文献 56
第6章 胶体玻璃 58
6.1 概述 58
6.1.1 玻璃和玻璃化转变 58
6.1.2 胶体和胶体玻璃 59
6.2 胶体玻璃模型体系 60
6.2.1 硬球与软球胶体玻璃 60
6.2.2 排斥与吸引胶体玻璃 63
6.2.3 圆球与椭球胶体玻璃 64
6.3 胶体玻璃的结构 65
6.3.1 长程无序结构 65
6.3.2 中程有序结构 66
6.4 胶体玻璃的动力学 67
6.4.1 均方位移 67
6.4.2 黏度与弛豫时间 68
6.4.3 动力学不均匀性 70
6.5 胶体玻璃的热力学 73
6.5.1 简谐近似与简正坐标 73
6.5.2 球形胶体粒子的振动模式 75
6.5.3 胶体玻璃中的玻色峰 77
6.5.4 影响胶体玻璃振动模式的因素 77
6.5.5 非球形胶体粒子中的振动模式 81
6.5.6 胶体玻璃的弹性模量 84
6.6 胶体玻璃的形变 86
6.6.1 为什么要关注胶体玻璃形变 87
6.6.2 传统宏观胶体玻璃流变学 87
6.6.3 结合粒子追踪技术的胶体玻璃形变研究 90
6.6.4 胶体玻璃力学的应用和推广 97
参考文献 99
第7章 活性胶体 105
7.1 活性胶体简述 105
7.2 细菌作为活性胶体的研究 107
7.2.1 单个细菌的运动行为和机制 107
7.2.2 细菌和边界的相互作用 107
7.2.3 细菌驱动物质输运 107
7.2.4 细菌的集体运动 108
7.3 人工合成活性胶体的研究 109
7.3.1 驱动机理 109
7.3.2 相互作用与群体行为 113
7.4 活性胶体的模拟研究 117
7.4.1 布朗动力学模拟 117
7.4.2 介观流体模拟 119
7.5 展望 121
参考文献 123
第8章 胶体蒸发自组装 131
8.1 蒸发速率与内部流场 131
8.1.1 蒸发通量与蒸发率 132
8.1.2 蒸发流场 138
8.1.3 马兰戈尼效应 146
8.2 稀溶液 157
8.2.1 咖啡圈效应 157
8.2.2 接触线受迫运动 163
8.3 浓溶液 167
8.3.1 蒸发胶体沉积层中的裂纹 167
8.3.2 蒸发裂纹的抑制 173
8.4 分层 175
8.4.1 皮肤层 175
8.4.2 分层现象 178
8.5 小结 180
参考文献 181
第9章 聚合物溶液中的胶体相行为 186
9.1 耗尽现象 186
9.1.1 高分子溶液浓度对耗尽作用势的影响 187
9.1.2 高分子链尺寸对耗尽作用势的影响 189
9.2 聚合物对胶体粒子相互作用的影响 190
9.2.1 胶体粒子间的相互作用力 190
9.2.2 聚合物的吸附作用对胶体体系稳定性的影响 192
9.2.3 高分子链构象的影响 193
9.3 聚合物诱导的胶体相分离 194
9.3.1 胶体粒子尺寸多分散性的影响 195
9.3.2 胶体粒子半径与高分子链均方回转半径比值的影响 195
9.3.3 胶体粒子形状的影响 195
参考文献 196
索引 199