软芯胶体系统的自组装

胶体系统，尤其是具有长程排斥作用势的软芯胶体，在不同参数条件下会表现出复杂的自组装行为。本项目将致力于研究软芯胶体自组装行为对系统的体积分数、作用势类型和强弱、及温度等的依赖性，从而获得软芯胶体自组装模式的相图。最重要的是我们将通过动力学、热力学及系统本征振动模特性等一系列研究寻找系统形成不同自组装模式的物理根源，从而实现对不同模式的调控。通过选择胶体颗粒尺度的分布，我们可以实现胶体晶体与玻璃态之间的转化，以及玻璃态的连续变化。由于长程排斥作用势的存在，我们还可以系统地研究深度jammed固体的属性，我们通过初步工作已经观察到了深度jammed固体与轻度 jammed固体性质的差异，这是个全新的研究领域，无疑将拓展我们对无定形固体的认识。我们将运用分子动力学模拟和一系列的数值分析方法，并通过与实验组的合作，同时从理论和实验上实现本项目的研究目标。

在基金的支持下，我们针对软芯胶体的自组装行为开展了系统的研究，主要对软芯胶体在高密度区的结晶和玻璃化转变过程中的一些新奇现象进行了发掘和理解，基本执行了项目计划的研究内容。主要的研究成果包括：发现软芯胶体存在最高结晶温度，该处的结晶同时具有连续和不连续相变的反常特性；发现软芯胶体在密度增大发生非晶液-固转变时存在多个过程，表明零温Jamming转变的临界性；发现高密度区域存在由轻度Jamming到深度Jamming的转变，并用以解释了可重入玻璃化转变，与分子动力学模拟的结果一致；提出了由零温玻璃的结构和振动特性理解玻璃化转变的新思路；构建了新的序参量，用以表征和调控非晶固体中的结构缺陷，该思路可以运用到其它自组装体系的功能调控；实验研究了带电软芯胶体的结晶路径和玻璃振动特性。共发表了6篇SCI论文，包括3篇Physical Review Letters、1篇Nature Physics和2篇Soft Matter，还有1篇论文已经完成写作，即将投稿。项目负责人2013年获得国家自然科学基金委杰出青年科学基金的资助，多次在国内外重要学术会议上做邀请报告，已培养毕业1名硕士生，并正在培养8名博士生。