软胶束纳米粒子的聚集态行为的理论研究

高分子胶束粒子体系在食品、涂料、染料、墨水和化妆品工业有着广泛的应用，目前的理论通常把胶束抽象成硬球粒子，进而研究其逾渗、"熵致有序"等聚集态行为；但在实际高分子体系中，胶束多为软粒子。鉴于此，本项目将结合生物膜弹性理论系统地研究软胶束粒子及软纳米粒子的聚集态行为，具体而言，用生物膜领域中的弹性膜理论及三角网格模型来描述每个软粒子的形变，然后再用朗之万动力学方程模拟多个软粒子的集体动力学行为。基于此方法，本项目将重点考察软粒子体系的临界逾渗现象，以及多组份软粒子的"熵致相转变"和"熵致有序"行为。

高分子胶束粒子体系在多个科学及应用领域有着广泛的应用，目前的理论研究主要针对硬球胶束粒子展开，较少涉及软胶束粒子。实验发现软胶束粒子经常趋向于形成线型聚集态，但目前还没有理论或模拟可较好地解释这一点。本项目针对此问题及软胶束粒子聚集态的相关行为展开较为系统的研究。主要采用了三个层次的理论模型对该问题进行了研究。. 首先，我们通过变分求极小，从理论上证明多个软粒子聚集形态在只考虑表面张力能和吸附相互作用时，其形状方程的解为球冠，因此，我们提出了截球模型，并用此模型计算得到了软胶束粒子在不同的吸附系数和不同温度参数下的各种聚集态的相图，发现粒子较软时（或吸附系数与表面张力比值较大时）容易发生线性聚集。. 其次，由于截球模型只能考虑粒子数较少的情形，因此，我们在第二层次的理论模型中把每个软胶粒子抽象成一个点，然后用诱导取向的方式来近似其“软度”，我们格子模型模拟了不同柔软程度的胶束粒子的逾渗行为，发现软粒子的逾渗临界浓度比硬粒子的小。. 最后，我们结合Helfrich弹性膜理论模型，用模拟囊泡和生物膜的模型方法，初步模拟研究了软胶束粒子的聚集态行为，结果与截球模型的大致一致。