漫谈软物质

漫谈软物质

已有 4319 次阅读 2007-9-30 16:52 |个人分类:普通物理|关键词:软物质    推荐到群组

这是几年前在一个论坛上发的一个帖子,改了几个错别字,加了两句注解,放在这里。 

虽然“软物质”这个名词只有十多年的历史,但软物质研究的历史要长得多。 其实,很多学科的研究历史要比命名的历史长很多。名字的作用,一方面是其本身的意义,就是一些东西做得多了,有了一定的规模和实力了,需要有个名分;另一方面,名字要起得好,要有点吸引力和神秘感,才会有人来探索。但过分强调名字,而不注重内容和历史,就是本末倒置了。前一阵看到一篇文章,是两个搞科学哲学的人写的,提出了一个别别扭扭的新名词,说了一通废话,然后就在结论中写了“本文开创了……这样一个新的学科……”这样的话,这其实是我在这里罗嗦名词的一个原因。

我们在这里对先对软物质的早期研究历史做一个简单的回顾。
对软物质的科学研究应该是从1827年开始的,这一年,一个叫布朗(R.Brown)的英国植物学家通过显微镜观察了悬浮于水中的花粉的热运动,花粉恰好具有胶体颗粒的尺寸。

1861年,Graham研究了溶液中的溶质的行为,有些溶质可以通过半透膜,另一些则不能,他据此把溶质分为两类: 能通过的叫做晶体,不能通过的称为胶体。胶体这个名词一直沿用了下来,但其内涵已经发生了一些变化。
1866年,Berthelot合成了第一个人造的高分子— 聚苯乙烯(polystyrene),但并不清楚它的化学结构。
1873年,Plateau对肥皂泡做了大量的实验研究,并出版了一本书。
1905年,爱因斯坦(A.Einstein)以分子动理论为基础, 给出了布朗运动的解释,并指出了利用布朗运动测量阿弗伽德罗常数的方法;同时他还建立了一套热力学平衡态附近的涨落理论,指出涨落理论与布朗运动的关系以及给出了研究扩散的理论方法。在一百年后的今天,爱因斯坦的理论和方法几乎没有变化地出现在教科书上,相对于爱因斯坦的原始工作,一百年来也谈不上有大的突破,只能说有一些进展,而这些进展也主要是在差不多那个时代完成的。 
1906年,波兰物理学家斯莫罗卓夫斯基(M.von Smoluchowski)发展了布朗运动的动力学理论;1908年朗之万(P.Langevin)为布朗运动建立了一个随机微分方程,现在称为朗之万方程;1917年,普朗克(M。Planck)受福克(Fokker)1914年的工作的启发,推出了现在称为福克-普朗克方程的方程。

理论研究的第二个重要工作是双电层的理论研究。
1910年以来,经过Gouy(1910),Chapman(1913),Debye和Hueckel(1923)的工作,建立了双电层的一个近似理论,这个理论已经写进了胶体化学的教科书。
1914年Ornstein和Zernike建立了一套后来以他们的名字命名的方程,成为研究液态结构的一个重要的理论基础。

1920年,Staudinger做出了一个非常重大的贡献,证明了聚合物(polymers)不是聚集的微团,而是真正的高分子(Macromolecules),高分子的每个单体 (Monomer)是由共价键连接起来的。

1931年,Carothers做出了第一个尼龙聚合物,也是这一年,翁萨格(L.Onsager) 推出了在非平衡过程中具有重要意义的,关于输运系数的对称性关系,后来(1968年),这位富有传奇色彩的物理学家因此而获得了诺贝尔化学奖。

1934年,Kuhn发展了一套针对聚合物稀溶液的随机线团理论,并得到了随机线团的大小,形状的分布几率。
1935年Danielli和Davson建议了第一个生物膜的完整模型。
1941年,德里亚金(Derjaguin)和郎道(L.D.Landau), Verwey和Overbeek分别独立建立了带电胶体的相互作用理论,现在称为DLVO理论。(VO 的工作没有发表,1948年他们出版了一本书,介绍他们的工作)

其后的工作就比较多而杂了,一一列出来不大可能,这里只提两件我比较熟悉的,一个是1954年Asakura和Osawa指出,当胶体中存在不吸附的自由聚合物时,由于熵的作用,会产生胶体颗粒之间的等效吸引相互作用,这种相互作用在最近10来年已经可以从实验上测量,虽然精度还比较低。这种相互作用称为排空相互作用(depletion interaction),是软物质“社区”近年来的一个小的热点; 还有一个是Helfrich 1973年对于生物膜的弹性的研究,他所建立的一个简单模型得到了很多结果,欧阳钟灿后来也在这个方向上做了不少漂亮的工作。
1970年以后,作为理论物理学家的德.热纳对软物质的研究做出了一系列重要的贡献,1971年,他引入“蛇行“理论,解释聚合物熔体的动力学,取得了成功。后来,他把由K.G.Wilson 所发展的,研究连续相变的标度理论和重整化群的概念用到聚合物上,虽然定量的结果不多,但他得到的很多标度关系对于深化人们对于聚合物的认识起了很大的作用。德.热纳关于聚合物的很多看法,与Flory的早期工作应该有关,至少,可以看出Flory的工作的影子。曾经是Flory的学生(访问学者)的四川大学的吴大诚教授于1988年5月曾邀请德.热纳到四川讲学,其后吴大诚教授根据讲课记录并结合相关文献,写了“高分子的标度和蛇行理论”。可惜,那次讲学似乎并没有得到国内物理学界的重视,也没有取得很大影响。作为一位没有上过小学的理论物理学家,德.热纳的研究具有很多传奇色彩,他从研究超导开始,相继转向液晶物理,聚合物物理,浸润的物理学等,近年来,他又在进行颗粒物质(Granular material)的研究。在他工作过的每一个领域,他都留下了很深的痕迹。几年前看了他的一本科普书,很受启发。这本书现在已经有了两个中文译本,一个是台湾出的,叫“固特异的软物质”,另一个是大陆出的,叫“软物质和硬科学”,这两个中文版本我都没有仔细读过,不知翻译的如何。(德.热纳在今年的5月18日因病去世,这无疑是软物质科学界的一大损失)。

 

 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2402-8087.html

评论 (1 个评论)

删除 回复[1]黄庆  2007-11-5 22:20
马教授,希望经常看到你在这方面的研究心得!

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