功能软物质材料及其在微流控领域的应用

功能软物质材料是一种在特定外界刺激下表现相应功能的软物质材料。功能软物质材料在微小的作用下就能展现强大的功能,因此在智能控制等领域有着广泛的应用前景,也成为了软物质研究领域的研究热点。本文介绍了液晶、功能膜、水凝胶和PDMS复合材料等几种典型的功能软物质材料,以及PDMS复合材料在微流控领域的具体应用。     

液体的脆性——一把深入了解玻璃态物质的钥匙

“液体的脆性”概念的提出不到20年的时间, 已成为玻璃态物质研究中的一个热点. 它利用玻璃转变温度约化温度轴的办法, 使具有不同动力学性质的玻璃形成体可以用一个统一的标准进行比较. 为阐明液体的脆性在研究玻璃转变过程、结构弛豫现象及过冷态结构中的重要意义, 综合评述了液体的脆性在凝聚态物质热力学和动力学性质相关性、势能图谱、非指数弛豫过程、微观理论模型以及中程有序等研究领域中的最新进展和面临的挑战, 并指出了该研究领域今后的发展方向.     

研究玻璃转变本质的新起点——玻璃态的慢β弛豫

过冷液体在转变为玻璃的过程中, 有多种弛豫行为发生, 诸如α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫等. 传统的玻璃转变理论以α弛豫作为研究玻璃本质的基础. 然而, 近年来有关慢β弛豫的研究表明, 慢β弛豫行为与α弛豫的性质密切相关, 其性质决定了α弛豫的特点, 是玻璃转变行为更微观层次的诱导和基础. 为阐明慢β弛豫在研究玻璃转变过程以及过冷态结构的重要意义, 综合评述了慢β弛豫在与α弛豫的相关性、慢β弛豫和α弛豫的接合方式、势能图景、过剩翅以及热力学唯象模型等研究领域的最新进展, 并指出了该领域今后的发展方向.     

利用铁弹性体系模拟出应变玻璃态的起源及点缺陷掺杂的作用

最近的实验研究揭示,在掺杂的铁弹性体系中具有丰富多样的应变状态.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室王云志研究组与任晓兵等合作,研究了应变玻璃态     

应变扭转双层石墨烯

扭转双层石墨烯是由两层石墨烯进行简单旋转再堆叠形成的二维莫尔超晶格材料,具有一系列超晶格依赖的奇特物理性质,如超导态、磁性态、局域态等,是近年来凝聚态物理和材料等研究领域最令人振奋的进展之一.然而,石墨烯莫尔超晶格材料与器件的研究依然面临着诸多挑战,其中最大的困扰在于扭转角和应变的无序性,严重影响了材料和器件的目标性能.围绕扭转双层石墨烯中的应变,本文总结了近年来相关理论和实验研究的进展,重点介绍了内在应变的起源和存在形式、莫尔超晶格结构的公度-非公度相转变、层间结构弛豫以及外加应变对材料性能的影响和调控.本文进一步讨论了该领域现存的问题,展望了未来的发展趋势,旨在促进应变扭转双层石墨烯的基础研究与实际应用.     

非晶态Fe_(86)Co_4Zr_(10)因瓦合金的声子谱软化

Endoh等人曾用非弹性中子散射实验方法系统地研究了铁基晶态因互合金的声子色散曲线与温度的关系,结果表明,低频声学模式在磁相变温度以下变软.这种与温度有关的声子软化现象与用超声波法测得的弹性软化是一致的.已知某些铁基非晶态合金也显示出因互效应.这些具有长程无序结构非晶态因瓦合金是否会表现出类似的声子软化现象显然是     

受限水的超流特性

超流是一种物质与其他物质界面不黏连、无阻力下的相对快速运动状态.譬如纳米通道中水的流速要比经典流体力学理论预测值高几个数量级.基于近期的实验和理论模拟结果,我们讨论了液态水在微纳通道内表现出超流的特性,并指出水在常温条件下的受限超流起源于水的低配位水分子间的氢键弛豫和因弛豫而引起的表皮超固态的高弹性和极化.     

颗粒介质中探测地震前兆和前兆应力-应变传播模型

使用埋设于土层沙坑中的应变传感器, 探测到地震前兆信息, 确定其对应特定地震. 通过模拟实验与实际探测进行对比, 表明所探测的信息是地层中的应变. 依据颗粒物质的特 性和运动规律, 分析了用此方法探测前兆应变信息敏感的原因, 并提出了地震前兆应力-应变传播模型. 地壳岩石层由板块、断层和其间的断层泥构成, 在地震前兆应力-应变传播准静 态力学问题中, 地壳岩石层应作为大尺度的颗粒体系处理. 孕育地震的作用力使附近岩石层 块产生滞滑(stick-slip)移动, 并渐次推动其他岩石层块滞滑位移, 层块位移的切变作用导致土层挤压形变. 沙坑中沙子的离散态特性使传感器对形变信号有良好响应, 从而可探测这种地震前兆信息. 通过对地层中应力-应变传播物理机制的分析, 也解释了在岩石中难以测量 到地震前兆应变信息的原因. 所提出的原理和方法为浅源地震前兆信息探测提供了新途径.     

低温下红宝石吸收带非相干光时延四波混频的相干拍频调制

一、引言 非相干光时延四波混频是近几年出现的一种新的利用毫微秒激光以至于连续激光研究物质超快弛豫过程的非相干光非线性光学方法.过去的理论和实验工作已经被成功地应用     

弹性软模决定材料硬度

利用第一原理计算研究了共价晶体和离子晶体的单晶弹性常数及机械硬度.结果表明,对材料硬度起主导作用的是最软的弹性形变模式,而非普遍认为弹性模量的平均值.这体现了力学稳定性及各向异性在决定材料硬度时的重要作用.以碳化钨为例展示了上述理念在材料设计中的应用.通过氮或铼的合金化调节费米能级,从而强化最软的弹性模式,可以进一步提高这种硬质材料的硬度.     

非晶Fe_(40)Ni_(38)Mo_4B_(18)合金的磁导率衰减动力学

非晶软磁合金具有优良的磁性,但是,在玻璃化温度以下宽的温度范围内,原始制备态的合金会发生明显的磁导率弛豫,导致磁性的恶化。在充分退火而弛豫了的合金中仍会产生可逆的结构弛豫,从而导致磁导率的衰减。本文报道了关于非晶Fe_(40)Ni_(38)Mo_4B_(18)合金的磁导率衰减动力学行为的研究结果。     

流场中复杂液滴的变形运动与吸附

液滴动力学是多相流热物理学的重要基础研究方向.随着科学研究的逐步深入和工业技术的不断发展,人们发现液滴的界面可由多种物质分子组成且可出现复杂的结构,如石油工程中表面活性剂、固体颗粒等物质吸附于油水液滴界面,细胞等生物液滴由具有复杂分子组成和结构的膜包裹等.研究发现复杂的分子组成和结构使液滴界面具有剪切弹性、面积扩张弹性、抗弯特性等显著不同于普通液滴表面张力的力学性质,而复杂的界面力与流场黏性力、壁面物理化学吸附力等相互耦合导致液滴在流场中展现复杂的变形、运动、吸附等动力学行为.本文介绍了复杂液滴界面的力学性质及其模型描述,综述了近年来关于流场中复杂界面液滴的变形、运动、吸附行为的研究进展,并给出了后续研究的建议.     

雅鲁藏布江流域冰川分布和物质平衡特征及其对湖泊的影响

雅鲁藏布江流域冰川正在强烈退缩并对湖泊过程产生了重大影响. 通过对雅鲁藏布江流域内冰川分布和大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡变化的研究, 指出近期流域内冰川物质平衡呈强烈亏损状态. 结合纳木错湖和然乌湖地区冰川湖泊变化研究, 发现冰川物质平衡强烈亏损特征对湖泊变化具有重要影响, 主要表现为冰川融水对于近期湖泊面积扩大和湖泊水位上升的补给作用.     

(1-x)PMN-xPT陶瓷材料弛豫性研究

传统弛豫性研究认为(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(PMN-PT)二元体系的弛豫性随PT含量的增加呈简单线性减小关系, 而没有对准同型相界(MPB)附近的弛豫性具体研究. 本研究通过对PMN-PT陶瓷材料的研究表明: 在准同型相界(x = 0.32)附近, 弥散因子γ值最大, 弛豫性最强; 在三方相和四方相附近弛豫性逐渐减弱. 此种弛豫性变化的主要原因是由于准同型相界的畴结构复杂, 形成新的有序纳米微畴, 引起MPB组成弛豫性明显增强. 通过电滞回线和Raman光谱对弛豫性的变化规律进行验证, 结果都表明弛豫性在MPB处呈现明显升高的趋势, 验证了该实验弛豫性变化规律的正确性.     

等静压对Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-BaTiO_3-PbTiO_3弛豫型铁电陶瓷介电性能的影响

研究了等静压对位于三方和四方相界附近的Pb(Zn1/3Nb2/3)Ｏ3-BaTiＯ3-PbTiＯ3弛豫型铁电陶瓷介电性能的影响. 结果表明等静压使它们的相变温度和峰值温度降低, 使频率弥散和弛豫行为进一步增强. 在这些复合钙钛矿结构的组分无序系统中, 存在着极化团族或纳米微畴. 纳米微畴之间的关联长度随压力增加而大大降低是弛豫行为增强的独特的物理本质.     

山地冰川表面分布式能量-物质平衡模型及其应用

基于“七一”冰川物质平衡、水文气象观测资料, 结合DEM数据, 初步建立了一套时间分辨率达1 h、空间分辨率为15 m的冰川表面分布式能量-物质平衡模型. 模型考虑地形对太阳辐射的遮蔽效应, 引入新的冰川反照率参数化方案, 并发现分布式能量-物质平衡模型对气温垂直递减率、降水梯度、降水固/液态划分指标等参数较敏感. 利用该模型对2007年6月30日20:00~10月10日12:00时段“七一”冰川粒雪线高度变化、物质平衡演变、融水径流状况及其对气候变化的响应等过程进行了模拟研究. 结果表明, 冰川物质平衡高度结构主要受反照率高度结构的影响, 反照率大小直接影响冰川物质平衡水平. 气候敏感性试验表明, 物质平衡对气温变化非常敏感, 它对气温变化的响应呈非线性特征; 而物质平衡对降水量变化敏感性相对较弱, 对降水量变化的响应是线性的. 增温引起的冰川物质亏损量不能靠降低相同气温来得到弥补, 物质平衡变化对气候变暖具有不可逆效应. 气温升高1℃, 即使降水量增加20%, “七一”冰川也会呈现较大的物质亏损状态.     

非线性溃变理论物质结构的系统制约观

基于物质结构实在性和非线性演化模型而提出的溃变理论是非线性理论的观念性观点。本文从四个方面概括了非线性溃变理论的物质系统不同于西方第一推动体系的制约观。（１）在整体观中具体完善了事物演化的“稳定,渐变,不稳定,突变,通过不连续溃变并演化为新的稳定,渐变……”的系统整体演化链。（２）以物质结构的非均匀性提出了第二搅动下物质的涡旋结构观,揭示了“天人合一”的物质性。（３）在结构信息控制观中阐述了非均匀     

聚合物囊泡及其形成机理

聚合物囊泡因其独特的结构和应用背景以及作为高分子物理和软物质物理的理想模型体系得到了人们的广泛关注.本文综述了嵌段共聚物通过自组装所形成囊泡的结构、性质及其应用,并重点介绍了囊泡形成的动力学过程及其物理机制,其目的是使人们更有效地通过物理手段调控聚合物囊泡的结构及其形成过程.     

非晶合金(Fe_(0.1)Ni_(0.35)Co_(0.55))_(78)Si_8B_(14)和Fe_(40)Ni_(38)Mo_4B_(18)的低温结构弛豫动力学

在远离晶化温度的低温范围内,非晶软磁合金中发生的结构弛豫,从而引起的磁性能变化与它们的实际应用密切相关,因为在实际应用中,软磁材料的温度稳定性是很重要的。本文报道了利用起始磁导率等温衰减的测量对非晶合金(Fe_(0.1)Ni_(0.35)Co_(0.55))_(78)Si_8B_(14)和Fe_(40)Ni_(38)Mo_4B_(18)的低温结构弛豫动力学行为的研究结果。     

ABC三嵌段共聚物在受限孔道中自组装行为的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了在本体条件下形成四角排列柱状相的ABC线型三嵌段共聚物在受限孔道中的自组装行为.模拟结果表明共聚物的自组装结构依赖受限孔道的尺寸.在尺寸较大的孔道中,自组装结构与体系的初始态无关,表现出单一的套索结构;而在尺寸较小的孔道中,自组装结构与体系的初始态有关,表现出双螺旋、平行柱、堆积盘等结构.进一步研究结果表明,当孔道直径与体系在本体条件下的平衡周期不匹配时,体系相互作用能密度高的结构出现的概率高;而二者相匹配时,相互作用能密度高的结构出现的概率低.此外,对同一螺旋结构的统计分析表明,随着孔道尺寸的增加,体系中高分子链的均方末端距也随之增加,并且高分子链在圆柱孔道中由小孔道尺寸下沿垂直圆柱长轴方向排列逐渐转变为大孔道尺寸下沿圆柱长轴方向排列.