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软物质广泛应用于日常生活、工业和医疗卫生等领域,所以对它的认识和研究显得极其重要。胶体就是一种典型的软物质。本文首先阐述软物质的种类、特征、研究进展。然后叙述胶体的种类、基本性质,并分析胶体在动力学方面的一些主要特征。
最近,胶体的动力学特性引起了广泛关注。本文接下来利用朗之万分子动力学,系统研究有序衬底上二维磁化胶体的动力学特性。首先,系统研究胶体的粒子数与有序衬底上的钉扎中心数一致的情况(共度的情况)。发现:对于弱的外磁场,随着钉扎强度的增加,胶体在脱钉点附近会发生从塑性流动到近晶运动以及从近晶运动到弹性晶体运动的动力学转变。钉扎比较弱时,胶体的平均速度-外场驱动力曲线呈现明显的线性关系;而且满足一定的幂指数标度,标度指数与塑性流动的实验数据一致;运动位形和结构因子分析发现胶体的运动是典型的塑性流动。当钉扎变强时,胶体在脱钉附近会发生近晶运动;胶体的平均速度也基本随外场驱动力线性增加;幂指数标度关系也成立,但标度指数远小于塑性流动的情况。当钉扎足够强时,胶体在脱钉点附近会发生弹性晶体运动;胶体的平均速度随外加驱动力非线性增加;幂指数标度指数略小于近晶流动的情况。上述结果与无序衬底地情况完全不同。此外,临界钉扎力和平均布拉格峰强在从塑性流动相到运动近晶相以及从运动近晶相到弹性晶体转变过程都伴随明显的突变。
其次,系统研究有序衬底上钉扎周期和密度分别对二维磁化胶体动力学特性的影响。发现:临界钉扎力及平均布拉格峰强随钉扎发生周期性变化,其周期与钉扎周期基本相同。另外发现:临界钉扎力随钉扎中心密度的变化存在一个峰值效应,而平均布拉格峰强却虽钉扎中心密度的增大发生周期性的变化。
最后,系统研究有序衬底上二维磁化胶体的交流外场相应。发现,有序衬底上二维磁化胶体在直流和交流外场下存在共振锁模特性。对于一定范围的交流振幅和频率,磁化胶体的速度-驱动力曲线上会出现共振锁模台阶。