Patchy粒子聚集的统计力学研究

应用统计力学原理对AaBb型Patchy粒子的聚集过程进行研究,考察了典型平均物理量在聚集过程中的变化情况.首先基于配分函数导出体系的平衡自由能及描述Patchy粒子之间联接作用的质量作用定律,进而获得团簇的数量分布函数.进一步给出Patchy团簇的数均和重均聚合度以及物理凝胶化条件,探讨了凝胶化区域与Patchy粒子数之间的依赖关系.同时给出Patchy团簇生长的微分动力学方程,并进行了相应的Monte Carlo模拟.本文旨在揭示Patchy粒子的内在和外在因素对体系聚集态结构的影响,为实现对Patchy粒子体系的有效调控提供理论依据.

A_a型Patchy胶体粒子的相态结构

根据热力学微扰理论研究了Aa型Patchy胶体的相态结构,考察了Patch之间的缔合强度及Patch数目对体系相态结构的调控机制.利用相平衡原理给出了Patchy胶体的流体、玻璃态固体和面心立方晶体之间转变及溶胶-凝胶转变的相图,讨论了玻璃态和晶态固相的成核机制、临界现象和相变问题.研究结果表明,Patchy胶体粒子之间的缔合作用和Patch数目可以显著地调控体系的三相点、临界温度和临界密度等特征.在高温条件下,Patchy胶体以一次成核方式结晶;而在低温条件下则以两步成核方式逐步成核结晶,中间经过非晶态的玻璃态固相作为过渡.说明Patchy粒子之间的缔合作用对其相态结构具有决定性影响,因而成为调控体系聚集态结构的重要因素.