軟物質
編輯軟物質或軟凝聚態物質是凝聚態物質的一個子領域,包括各種物理系統,這些物理系統因熱波動幅度的熱應力或機械應力而變形或結構改變。 它們包括液體、膠體、聚合物、泡沫、凝膠、顆粒材料、液晶、枕頭、肉和許多生物材料。 這些材料有一個重要的共同特征,即主要的物理行為發生在與室溫熱能相當的能量尺度上。 在這些溫度下,量子方面通常不重要。
特色物理
編輯有趣的行為以無法直接從其原子或分子成分預測或難以預測的方式從軟物質中產生。 被稱為軟物質的材料表現出這種特性,因為這些材料具有自組織成介觀物理結構的共同傾向。 相比之下,在硬凝聚態物理學中,通常可以預測材料的整體行為,因為分子被組織成晶格,在任何介觀尺度上的模式都沒有變化。
軟物質的一個定義特征是物理結構的介觀尺度。 這些結構比微觀尺度(原子和分子的排列)大得多,但又比材料的宏觀(整體)尺度小得多。 這些細觀結構的性質和相互作用可能決定材料的宏觀行為。 例如,流動液體中自然產生的湍流渦流比液體的總量小得多,但比其單個分子大得多,這些渦流的出現控制著材料的整體流動行為。 此外,構成泡沫的氣泡是介觀的,因為它們單獨由大量分子組成,而泡沫本身又由大量這些氣泡組成,泡沫的整體機械剛度來自于 氣泡。
軟物質的第二個共同特征是熱波動的重要性。 軟物質結構中的典型鍵能與熱能具有相似的規模。 因此,結構不斷受到熱波動的影響,經歷布朗運動。
最后,軟物質系統的第三個顯著特征是自組裝。 隨著系統向平衡方向發展,特有的復雜行為和層次結構自發出現。
軟材料在斷裂過程中也表現出有趣的行為,因為它們在裂紋擴展之前會發生高度變形。 因此,軟材料的斷裂與一般的斷裂力學公式有很大不同。
應用
編輯軟材料在廣泛的技術應用中很重要。 它們可能以結構和包裝材料、泡沫和粘合劑、清潔劑和化妝品、油漆、食品添加劑、潤滑劑和燃料添加劑、輪胎橡膠等形式出現。此外,許多生物材料(血液、肌肉、牛奶、酸奶、 果凍)可歸類為軟物質。 液晶是另一類軟物質,對電場具有響應性,這使其成為顯示設備 (LCD) 中非常重要的材料。 盡管這些材料的形式多種多樣,但它們的許多特性都有共同的物理化學起源,例如大量的內部自由度、結構元素之間的弱相互作用以及熵和焓對自由能的貢獻之間的微妙平衡。
這些特性導致大的熱波動、多種形式、平衡結構對外部條件的敏感性、宏觀柔軟性和亞穩態。 活性液晶是軟材料的另一個例子,其中液晶中的組成元素可以自我推進。 聚合物和脂質等軟物質也在納米技術中得到應用。
研究
編輯認識到軟物質包含無數對稱性破缺、廣義彈性和許多波動自由度的例子,重新激發了經典物理學領域的活力,例如流體(現在推廣到非牛頓和結構化介質)和彈性(膜、細絲、 和各向異性網絡都很重要并且有共同的方面)。
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