不同条件下胶体晶体结构及相应的弹性性质研究

摘要

胶体晶体是软物质体系的典型代表，常被作为模型体系用于研究晶体的成核和生长过程。Ostwald分步结晶律是晶体生长领域的经典规律，在原子分子体系里已经被大量实验所证实，但其在胶体结晶过程中的适用性直到最近才在具有较低体积分数的体系中得以证实。对高浓度下胶体粒子的结晶过程进行研究，有助于进一步考察分步律的普适性，深化对晶体生长规律的认识，为胶体晶体的可控生长提供基础。此外，胶体晶体的一些自身参数如剪切模量等也备受关注，但是粒子间距、内部空缺等缺陷对剪切模量的影响仍不清楚。本论文主要针对这些问题，对不同条件下的胶体粒子的结晶过程及其剪切模量开展研究工作，主要内容包括：
　　（1）分别采用一步和二阶段无皂乳液聚合法，合成了一系列聚苯乙烯颗粒，并对颗粒的大小和表面电荷进行了详细的表征。
　　（2）对高浓度胶体粒子体系的结晶过程进行观测，并对 Ostwald分步律的普适性问题进行进一步研究。使用反射光谱监测胶体晶体的生长过程，并分析了结晶过程中不同结构晶体反射光强度、结晶度、晶格常数、最近邻粒子间距等参数的变化，通过分析发现随着粒子体积分数的增加，亚稳态晶体的比例和寿命逐渐减小，最终观测不到亚稳态的出现。此外，我们还提出了一个理论模型来解释实验现象。实验及分析结果表明，Ostwald分步结晶规律普遍适用于胶体晶体的结晶过程，液态-亚稳态和亚稳态-稳态转变过程的相对快慢决定了亚稳态晶体的是否可见，那些未观测到亚稳态结构出现的体系，原因很可能是由于亚稳态—稳态转变太快造成的。
　　（3）采用扭转共振谱仪对不同性质胶体粒子形成的胶体晶体的剪切模量进行测量，研究了粒子粒径、内部孔洞大小及表面迁移有效电荷数等因素对其剪切模量的影响。实验结果发现，对同一种粒子形成的胶体晶体体系，其剪切模量均随粒子体积分数的增加而增大；对不同性质粒子形成的胶体晶体体系，即使粒子参数不同，只要粒子间距相当，其剪切模量基本相同。进一步的理论分析证实，影响胶体晶体剪切模量的主要因素是最近邻粒子间距，和实验结果一致。这一结论对于深入认识宏观剪切模量的微观机理具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2本论文的主要研究内容

本章参考文献

第二章 胶体晶体的研究现状

2.1胶体晶体的理论基础研究

2.2胶体晶体的实验研究进展

2.3胶体晶体新材料的应用研究进展

2.4胶体晶体结构的基本表征方法

本章参考文献

第三章 单分散聚苯乙烯粒子的制备及表征

3.1引言

3.2实验部分

3.3小结

本章参考文献

第四章 不同浓度下胶体晶体经亚稳态的结晶过程研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4结论

本章参考文献

第五章 不同条件下胶体晶体剪切模量的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 结论

本章参考文献

第六章 论文总结及工作展望

6.1 论文总结

6.2工作展望

硕士期间发表的论文和所受奖励

致谢