胶体凝胶与胶体玻璃的动力学对比研究

摘要

胶体玻璃与胶体凝胶的动力学是软凝聚态物理领域中的重要研究课题。对于经典的硬球胶体体系，胶体粒子之间是纯排斥作用，随着粒子体积分数的增加体系从液态转变为玻璃态；当在硬球胶体体系中引入吸引相互作用时，体系通常可以从液态转变为凝胶态。通过计算机模拟，人们已经认识到这两种胶体聚集态的动力学行为存在差异，然而与模拟研究对应的实验研究却相对很少。本文利用胶体模型体系和摄像显微技术，从实验上研究了胶体玻璃和胶体凝胶的动力学行为，探究了这两种胶体聚集态动力学行为差异的物理本质和变化规律。
　　首先，我们在实验上通过调节胶体体系的体积分数和粒子间相互作用，分别形成胶体玻璃和胶体凝胶。然后，利用光学显微镜对胶体玻璃和胶体凝胶进行观察和录像。最后通过粒子跟踪技术对所得到录像进行图像处理和数据分析。我们发现，胶体玻璃和胶体凝胶的动力学关联函数都呈现幂衰减，表明二者动力学行为缓慢，但其物理机制却有明显差异。在胶体玻璃中，近邻粒子的“牢笼”效应造成了粒子的缓慢动力学行为；而在胶体凝胶中，粒子间吸引作用是造成缓慢动力学行为的主要因素。而且，胶体凝胶中粒子运动更加缓慢，这是由于吸引力的存在，导致胶体凝胶中粒子对其周围粒子的约朿作用更强，且强于胶体玻璃中粒子“牢笼”效应对周围粒子的约束作用。此外，胶体玻璃和胶体凝胶都表现出较强的动力学不均匀性，而凝胶的不均匀性较之玻璃更强。最后，我们对“牢笼”效应和吸引作用同时存在的胶体体系进行了探索，发现体系在较高体积分数且较强吸引作用下时，其动力学关联函数中会出现对数衰减，这与模耦合理论预测的结果相符合。

目录

第一个书签之前