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活性胶体/聚合物的玻璃态结构与动力学

批准号:
21774091
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
陈康
依托单位:
学科分类:
高分子物理与高分子物理化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕冬丽、李慧姝、王超、夏益祺、张飞、范庆炜、单文杰

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
活性胶体玻璃是近年来玻璃态研究中的一个新热点。它包含了两种相反的非平衡产生机制:胶体粒子运动被自主驱动(活性)和高密度下胶体粒子运动被限制(牢笼现象),因而成为软物质和非平衡统计物理中一个很有价值的研究体系。这方面的研究工作才刚刚起步,很多问题需要深入的探索和研究,理论工作也很缺乏。本项目提出把描述胶体和聚合物玻璃化转变与动力学的微观非线性朗芝万方程理论拓展到活性胶体/聚合物玻璃。结合理论和模拟的手段,从微观层次上认识活性玻璃的结构和动力学特征。我们将围绕活性玻璃与普通热力学玻璃的差异这一主题来开展研究,探讨胶体粒子或聚合物单体活性参数如自驱力大小和持久时间在其中所起的不同作用。我们的研究体系包括活性胶体玻璃、活性与非活性混合胶体玻璃和活性聚合物玻璃。另外,边界和受限效应一直是玻璃材料研究中很受关注的一个课题。边界对活性物质有特别的影响,我们将探讨不同受限尺度和边界形状下活性玻璃的行为。
英文摘要
Active colloidal glass is an emerging hot topic in the research of glassy state. The nonequilibrium property of active colloidal glass comes from two opposite origins: self-propulsion of the motion of colloidal particles vs. arrested dynamics of colloidal particles at high density. Therefore, active colloidal glass is a valuable research model in soft matter and nonequilibrium statistical physics. The research in this area is just started. There are a bunch of problems and questions to be explored. And, the theoretical understanding is lacking. In this proposal, we plan to extend the microscopic nonlinear Langevin equation theory for colloidal and polymer glasses to the active ones. By integrating theoretical and numerical methods, we are able to learn the properties of structure and dynamics of active glasses in the microscopic level. The theme of the study is the differences between the ordinary thermal glass and active glass. We will focus on the different roles that the amplitude and the persistence time of the driving force, which are quantities characterizing the activity of colloidal particles or monomers, play in the glassy behaviors. The systems we plan to study include active colloidal glass, mixture of active and passive colloidal glasses and active colloidal polymer glass. Since the effect of boundary and confinement on the glassy behavior has received many concerns and moreover the boundary has strong and novel influence on active matter, we are also going to study the effect of confinement size and boundary shape on the properties of active glass.
本项目的主要研究对象是活性胶体和聚合物体系,我们围绕这个主题开展了研究。目前的研究成果集中于活性胶体或聚合物在中等浓度或有边界受限条件下自发堆积形成团簇的现象。这种局域高密度堆积结构的形成机理及其动力学特征,将有助于我们理解全局活性胶体/聚合物玻璃的结构与动力学。具体来说,我们在如下四个方面取得了进展。1) 活性囊泡(由环形聚合物链与活性胶体组成)的动态组装及相行为。 我们的设计为探索形变对活性物质行为(例如软体活性物质在复杂环境中的输运特性及集体堆积行为)的影响提供了一种模型体系,我们的研究结果为进一步深入探索各种可形变活性物质的集体行为提供了参考。2)活性胶体在聚合物刷(鞭毛)结构周围的堆积及定向流的形成。我们的研究阐明了自发对称性破缺及定向流产生的机理,为柔性微器件的设计提供了新的思路。3)活性胶体粒子驱动的聚合物伸展塌缩相变。我们的研究阐明了富集在链上的活性粒子是如何控制链的伸展塌缩过程的,这为动态调节链的结构转变提供了新的途径。4)活性胶体在介质中的堆积和输运。我们发现活性胶体在介质周围形成高密度堆积的玻璃态,但形成过程很特别,可以分成三类:类似普通扩散的方式、中心成核的方式和随机成核的方式。我们的结果展示了活性物质在复杂环境下的行为,为活性物质的应用提供了基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Vortex formation of spherical self-propelled particles around a circular obstacle
球形自驱动粒子围绕圆形障碍物的涡流形成
DOI: 10.1039/d0sm00277a
发表时间: 2020
期刊: Soft Matter
影响因子: 3.4
作者: [Pan Jun-xing, Wei Hua, Qi Mei-jiao, Wang Hui-fang, Zhang Jin-jun, Tian Wen-de, Chen Kang]
通讯作者: Chen Kang
Absorption of self-propelled particles into a dense porous medium
将自驱动颗粒吸收到致密多孔介质中
DOI: 10.1039/d1cp01234g
发表时间: 2021
期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
影响因子: 3.3
作者: [Qian Bing-shuang, Tian Wen-de, Chen Kang]
通讯作者: Chen Kang
Beating of grafted chains induced by active Brownian particles
活性布朗粒子引起的接枝链的跳动
DOI: 10.1063/1.5029967
发表时间: 2018
期刊: Journal of Chemical Physics
影响因子: 4.4
作者: [Yang Qiu song, Fan Qing wei, Shen Zhuang lin, Xia Yi qi, Tian Wen de, Chen Kang]
通讯作者: Chen Kang
Shape transformation and manipulation of a vesicle by active particles
活性粒子对囊泡的形状转变和操纵
DOI: 10.1063/1.5078694
发表时间: 2019
期刊: Journal of Chemical Physics
影响因子: 4.4
作者: [Wang Chao, Guo Yong kun, Tian Wen de, Chen Kang]
通讯作者: Chen Kang
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    聚合物纳米粒子混合体系的新场理论模型及应用
    • 批准号:
      21574096
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      65.0万元
    • 批准年份:
      2015
    • 负责人:
      陈康
    • 依托单位:
    模型胶体链的玻璃化动力学微观理论研究:链结构、维度和受限
    • 批准号:
      21374073
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      80.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      陈康
    • 依托单位:
    第四期理论物理前沿暑期讲习班--软凝聚态物理的若干前沿领域
    • 批准号:
      11347613
    • 项目类别:
      专项基金项目
    • 资助金额:
      20.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      陈康
    • 依托单位:
    高分子玻璃化转变的动力学理论研究
    • 批准号:
      11074180
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      36.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      陈康
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金