《軟物質物理》是2021年龍門書局出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：軟物質物理
- 作者：(日)土井正男
- 出版時間：2021年
- 出版社：龍門書局
- ISBN：9787508858951
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
軟物質（聚合物、膠體、表面活性劑和液晶）是現代科技中很重要的一類材料。它們也是許多未來技術的基礎。軟物質在固體和液體之間顯示出複雜的性質。經過20多年的發展，軟凝聚態現在可以和固體凝聚態一樣在可靠的物理基礎上討論。本書側重於用物理學的基本理論和方法，分析軟物質體系的各種現象，包含軟物質概念、軟物質溶液、彈性軟物質、表面和表面活性劑、液晶、布朗運動和熱漲落、軟物質動力學的變分原理、軟物質中的擴散和滲透、軟物質的流動和變形、離子軟物質等。
圖書目錄
叢書序
譯者序
前言
致謝
第1章 什麼是軟物質？ 1
1.1 聚合物 1
1.2 膠體 2
1.3 表面活性劑 3
1.4 液晶 5
1.5 軟物質的共性是什麼？ 6
1.6 小結 8
延展閱讀 8
第2章 軟物質溶液 9
2.1 溶液熱力學 9
2.1.1 溶液的自由能 9
2.1.2 混合準則 11
2.1.3 滲透壓 13
2.1.4 化學勢 14
2.1.5 稀溶液 14
2.2 相分離 15
2.2.1 兩相共存 15
2.2.2 相圖 16
2.3 格點模型 17
2.3.1 格點上的分子 17
2.3.2 溶質分子間的有效相互作用 18
2.3.3 自由能 19
2.3.4 相分離 21
2.4 聚合物溶液 22
2.4.1 聚合物溶液的格點模型 22
2.4.2 聚合物溶液的關聯效應 23
2.4.3 聚合物混合物 25
2.5 膠體溶液 25
2.5.1 膠體顆粒間的勢 25
2.5.2 膠體溶液的特性 25
2.6 多組分溶液 27
2.7 小結 27
延展閱讀 28
練習 28
第3章 彈性軟物質 31
3.1 彈性軟物質 31
3.1.1 聚合物溶液與聚合物凝膠 31
3.1.2 黏度與彈性 32
3.1.3 彈性常數 34
3.1.4 彈性材料的連續介質力學 35
3.2 聚合物鏈的彈性 38
3.2.1 自由連線鏈模型 38
3.2.2 端到端向量的平衡分布 39
3.2.3 聚合物鏈的彈性 39
3.3 橡膠彈性的庫恩理論 42
3.3.1 變形橡膠的自由能 42
3.3.2 典型變形的應力-應變關係 43
3.3.3 氣球膨脹 45
3.4 聚合物凝膠 46
3.4.1 變形自由能 46
3.4.2 溶脹平衡 48
3.4.3 體積相變 49
3.4.4 壓縮體積變化 50
3.5 小結 52
延展閱讀 52
練習 52
第4章 表面和表面活性劑 56
4.1 表面張力 56
4.1.1 流體的平衡形狀 56
4.1.2 表面張力 57
4.1.3 巨正則自由能 58
4.1.4 界面自由能 59
4.1.5 表面過剩 61
4.2 浸潤 61
4.2.1 浸潤的熱力學驅動力 61
4.2.2 固體表面的液滴 63
4.2.3 毛細管內液面上升 64
4.2.4 液體上的液滴 65
4.3 表面活性劑 66
4.3.1 表面活性劑分子 66
4.3.2 表面活性劑溶液的表面張力 66
4.3.3 表面吸附與表面張力 67
4.3.4 膠束 69
4.3.5 Gibbs單分子膜與Langmuir單分子膜 70
4.4 表面間勢 70
4.4.1 表面間的相互作用 70
4.4.2 表面間勢和膠體顆粒的相互作用 71
4.4.3 范德瓦耳斯力 72
4.4.4 帶電錶面 73
4.4.5 聚合物接枝表面 74
4.4.6 非接枝聚合物效應 75
4.4.7 分離壓 77
4.5 小結 78
延展閱讀 78
練習 78
第5章 液晶 81
5.1 向列型液晶 81
5.1.1 雙折射液體 81
5.1.2 取向分布函式 82
5.1.3 向列型液晶的序參數 83
5.2 各向同性-向列型相變的平均場理論 84
5.2.1 取向分布函式的自由能函式 84
5.2.2 自洽方程 86
5.2.3 序參數的自由能函式 87
5.3 Landau-deGennes理論 88
5.3.1 臨近相變點的自由能表達式 88
5.3.2 磁場調控的向列型分子排列 91
5.4 向列序的空間梯度效應 93
5.4.1 非均勻序狀態的自由能泛函 93
5.4.2 無序相中的梯度項效應 93
5.4.3 有序相中的梯度項效應 95
5.4.4 Freedericksz相變 96
5.5 棒狀粒子各向同性-向列型相變的Onsager理論 98
5.6 小結 99
延展閱讀 100
練習 100
第6章 布朗運動和熱漲落 103
6.1 小粒子的隨機運動 103
6.1.1 時間關聯函式 103
6.1.2 時間關聯函式的對稱性 105
6.1.3 速度關聯函式 106
6.2 自由粒子的布朗運動 107
6.2.1 粒子速度的朗之萬方程 107
6.2.2 隨機力的時間關聯 108
6.2.3 愛因斯坦關係 109
6.3 勢場中的布朗運動 110
6.3.1 粒子坐標的朗之萬方程 110
6.3.2 簡諧勢中的布朗運動 111
6.4 一般形狀粒子的布朗運動 113
6.4.1 粒子構象的朗之萬方程 113
6.4.2 倒易關係 114
6.5 漲落-耗散定理 115
6.5.1 漲落和物質參數 115
6.5.2 隨機力的時間關聯 116
6.5.3 廣義愛因斯坦關係 119
6.6 小結 121
延展閱讀 121
練習 121
第7章 軟物質動力學的變分原理 126
7.1 顆粒-流體體系動力學的變分原理 126
7.1.1 黏性流體中的顆粒運動 126
7.1.2 顆粒運動的變分原理 127
7.1.3 流體流動的變分原理 128
7.1.4 例子:多孔介質中的流體流動 129
7.2 Onsager原理 132
7.2.1 狀態變數的運動學方程 132
7.2.2 控制外部參量所需的力 134
7.3 稀溶液中的粒子擴散 134
7.3.1 粒子擴散和布朗運動 134
7.3.2 從巨觀力平衡推導擴散方程 135
7.3.3 用Onsager原理推導擴散方程 136
7.3.4 擴散勢 137
7.4 濃溶液中的粒子擴散 138
7.4.1 集體擴散 138
7.4.2 沉積 139
7.4.3 作用於半透膜上的力 140
7.5 棒狀顆粒的轉動布朗運動 141
7.5.1 轉動布朗運動的描述 141
7.5.2 構型空間中的守恆方程 141
7.5.3 Smoluchowskii方程 142
7.5.4 時間關聯函式 143
7.5.5 磁弛豫 144
7.5.6 角空間中的擴散方程 146
7.6 小結 147
延展閱讀 148
練習 148
第8章 軟物質中的擴散和滲透 151
8.1 軟物質溶液的空間關聯 151
8.1.1 長程關聯性溶液 151
8.1.2 密度關聯函式 153
8.1.3 散射函式 154
8.1.4 時空關聯函式 156
8.1.5 長波極限 157
8.1.6 摩擦常數和擴散常數的關聯效應 158
8.1.7 小尺度下的密度關聯 159
8.2 粒子沉積中的擴散形變耦合 160
8.2.1 擴散中介質的運動 160
8.2.2 粒子沉積的連續性描述 161
8.3 相分離運動學 163
8.3.1 熱力學不穩定態的相分離 163
8.3.2 相分離的前期階段 165
8.3.3 相分離的後期階段 167
8.4 凝膠中的擴散形變耦合 169
8.4.1 滲透和形變耦合 169
8.4.2 凝膠動力學基本方程 170
8.4.3 濃度漲落 172
8.4.4 在拉伸的凝膠薄片中溶劑擴散導致的力弛豫 173
8.4.5 溶劑擴散導致的力學不穩定性 176
8.5 小結 177
延展閱讀 177
練習 177
第9章 軟物質的流動和變形 181
9.1 軟物質的力學性質 181
9.1.1 黏度、彈性和黏彈性 181
9.1.2 線性黏彈性 183
9.1.3 複數模量 185
9.1.4 非線性黏度 186
9.1.5 本構方程 187
9.2 分子模型 189
9.2.1 應力張量的微觀表達式 189
9.2.2 由Onsager原理導出的應力張量 191
9.2.3 聚合物流體的黏彈性 192
9.3 非纏結聚合物的黏彈性 193
9.3.1 啞鈴模型 193
9.3.2 啞鈴模型和贗網路模型 197
9.3.3 Rouse模型 198
9.4 纏結聚合物的黏彈性 199
9.4.1 纏結效應 199
9.4.2 蠕動理論 201
9.4.3 應力鬆弛 203
9.4.4 實際系統中的纏結 205
9.5 棒狀聚合物 207
9.5.1 棒狀聚合物溶液 207
9.5.2 稀溶液的黏彈性 208
9.5.3 各向同性相濃縮溶液的黏彈性 210
9.5.4 向列型溶液的黏彈性 213
9.6 小結 213
延展閱讀 213
練習 214
第10章 離子軟物質 217
10.1 解離平衡 217
10.1.1 簡單電解質中的解離平衡 217
10.1.2 巨電解質中的解離平衡 219
10.2 離子凝膠 221
10.2.1 離子凝膠的自由離子模型 221
10.2.2 電中性條件 221
10.2.3 Donnan平衡 222
10.2.4 聚電解質凝膠的溶脹 224
10.3 界面附近的離子分布 224
10.3.1 電雙層 224
10.3.2 泊松-玻爾茲曼方程 226
10.3.3 德拜長度 226
10.3.4 電中性條件和泊松-玻爾茲曼方程 228
10.3.5 帶電錶面附近的離子分布 228
10.3.6 帶電錶面的面間勢 229
10.4 電動現象 232
10.4.1 凝膠和膠體中的電動現象 232
10.4.2 離子凝膠中的電力耦合 233
10.4.3 電解質溶液中離子分布的動力學方程 235
10.4.4 狹窄通道中離子的運動 236
10.4.5 帶電顆粒的電泳 239
10.5 小結 240
延展閱讀 241
練習 241
附錄A 連續(介質)力學 243
A.1 材料中的力 243
A.2 應力張量 244
A.3 本構方程 246
A.4 對材料做的功 246
A.5 理想彈性材料 248
A.6 理想黏性流體 250
附錄B 受限自由能 252
B.1 受限體系 252
B.2 受限自由能的性質 253
B.3 限制力方法 254
B.4 例子1：平均力勢 255
B.5 例子2：液晶的Landau-de Gennes自由能 255
附錄C 變分微積分 257
C.1 函式偏微分 257
C.2 泛函的泛函微分 258
附錄D 倒易關係 260
D.1 廣義摩擦力的流體動力學定義 260
D.2 倒易關係的流體動力學證明 261
D.3 倒易關係的Onsager證明 263
附錄E 材料回響和漲落的統計力學 265
E.1 Liouville方程 265
E.2 時間關聯函式 266
E.3 平衡回響 267
E.4 非平衡回響 269
E.5 廣義愛因斯坦關係 272
附錄F 從朗之萬方程到Smoluchowskii方程的推導 273
附錄G 習題答案 275
索引 325
