軟芯膠體系統的自組裝

《軟芯膠體系統的自組裝》是依託中國科學技術大學，由徐寧擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：軟芯膠體系統的自組裝
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：徐寧
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

膠體系統，尤其是具有長程排斥作用勢的軟芯膠體，在不同參數條件下會表現出複雜的自組裝行為。本項目將致力於研究軟芯膠體自組裝行為對系統的體積分數、作用勢類型和強弱、及溫度等的依賴性，從而獲得軟芯膠體自組裝模式的相圖。最重要的是我們將通過動力學、熱力學及系統本徵振動模特性等一系列研究尋找系統形成不同自組裝模式的物理根源，從而實現對不同模式的調控。通過選擇膠體顆粒尺度的分布，我們可以實現膠體晶體與玻璃態之間的轉化，以及玻璃態的連續變化。由於長程排斥作用勢的存在，我們還可以系統地研究深度jammed固體的屬性，我們通過初步工作已經觀察到了深度jammed固體與輕度 jammed固體性質的差異，這是個全新的研究領域，無疑將拓展我們對無定形固體的認識。我們將運用分子動力學模擬和一系列的數值分析方法，並通過與實驗組的合作，同時從理論和實驗上實現本項目的研究目標。

結題摘要

在基金的支持下，我們針對軟芯膠體的自組裝行為開展了系統的研究，主要對軟芯膠體在高密度區的結晶和玻璃化轉變過程中的一些新奇現象進行了發掘和理解，基本執行了項目計畫的研究內容。主要的研究成果包括：發現軟芯膠體存在最高結晶溫度，該處的結晶同時具有連續和不連續相變的反常特性；發現軟芯膠體在密度增大發生非晶液-固轉變時存在多個過程，表明零溫Jamming轉變的臨界性；發現高密度區域存在由輕度Jamming到深度Jamming的轉變，並用以解釋了可重入玻璃化轉變，與分子動力學模擬的結果一致；提出了由零溫玻璃的結構和振動特性理解玻璃化轉變的新思路；構建了新的序參量，用以表征和調控非晶固體中的結構缺陷，該思路可以運用到其它自組裝體系的功能調控；實驗研究了帶電軟芯膠體的結晶路徑和玻璃振動特性。共發表了6篇SCI論文，包括3篇Physical Review Letters、1篇Nature Physics和2篇Soft Matter，還有1篇論文已經完成寫作，即將投稿。項目負責人2013年獲得國家自然科學基金委傑出青年科學基金的資助，多次在國內外重要學術會議上做邀請報告，已培養畢業1名碩士生，並正在培養8名博士生。