吸引胶体玻璃结构和动力学的研究

【摘要】胶体体系已被越来越广泛地应用在凝聚态物理的研究中,其中最简单且最典型的胶体体系是硬球胶体，粒子之间的作用完全是纯排斥。然而，如此简单的体系却有非常丰富的物理现象。随着体积分数的增加，硬球胶体可以发生从液态到晶态或玻璃态的相变。人们已经通过实验、理论和模拟对硬球胶体的玻璃化转变进行了大量的研究并取得了诸多进展。研究人员发现在硬球胶体玻璃中添加聚合物造成粒子间的耗散作用吸引力（depletionattraction），会使体系发生由排斥玻璃到吸引液体，再由吸引液体到吸引玻璃的转变。在本论文中，我们发展了分子动力学模拟方法，探索了不同吸引胶体玻璃的结构和动力学，目的在于更好的理解粒子之间的相互作用如何影响玻璃的性质。具体来讲，我们采用双组分Lennard-Jones（LJ）势体系作为模型体系，模拟中我们通过改变LJ作用势之间的截断距离，以此获得不同吸引作用范围的吸引体系和纯排斥体系，即Weeks-Chandler-Anderson势（WCA）。我们发现吸引作用范围可以显著的影响体系的动力学和动态不均匀性，但是对结构没有明显的影响。在排斥玻璃（WCA）中，粒子整体运动的相对较快。当增加吸引作用范围时，吸引力的出现使邻近粒子成键。由于粒子难以挣脱键的作用，粒子的运动受到限制，体系的整体动力学变慢。同时体系的弛豫时间变长，粒子需要更长的时间突破围笼达到重排。当体系发生重排时，具有吸引作用的键使周围邻近的粒子一起参与运动，粒子的关联性增加,也就是说在吸引玻璃中，有更多的粒子参与了协同重排区域。在分析体系的动力学不均匀性时，我们发现LJ玻璃的动态不均匀性在空间和时间尺度上都比WCA玻璃范围更广，吸引相互作用能够加强玻璃体系的动力学不均匀性。
【作者】张海波；
【导师】张泽新；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】胶体玻璃；吸引作用；结构；动力学；分子动力学模拟；

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