膠體聚合物彈性模量的微觀理論: 鍵長的效應*

張博凱

(浙江理工大學物理系, 杭州 310018)

1 引 言

玻璃材料彈性性質的刻畫是凝聚態物理、統計物理和材料物理中廣泛關注的問題[1-3].從結構上看, 玻璃材料保持著無序的類似液體的靜態結構,但在動力學和流變學上卻展現出固體特有的性質,如發散的弛豫時間和非零的彈性模量[4].建立一個基于系統微觀的靜態結構, 預測宏觀慢動力學和流變學性質的理論框架是玻璃物理中長期的理論難點.在實際應用中, 從微觀上理解材料相關的參數對宏觀的動力學和力學性質的影響, 能為玻璃的化學合成和工業運用提供定性定量的指導.

本文關注高密度下膠體聚合物體系彈性模量的理論預測.2010年以來, 國內外很多研究組在實驗上將膠體粒子作為基本單元, 用以合成鏈狀的膠體聚合物分子[5-7].近年來, 膠體聚合物因兼具聚合物鏈連接性和膠體單元的可視性, 而成為了探測和理解聚合物玻璃的重要材料.具體表現在: 1) 膠體粒子的尺寸分布為10 nm—0 μm, 這使得它們更容易被光學顯微鏡觀測到[8]; 2) 相對于分子聚合物玻璃, 膠體聚合物的鏈段單元是清晰的, 即每一個膠體粒子單元就是一個鏈段; 3) 膠體聚合物材料能方便地控制分子的微觀參數(鏈長、鍵長和結構單元的形狀), 使其成為研究聚合物玻璃性質的理想模型.

模耦合理論是刻畫液體玻璃化轉變中普遍而有效的微觀理論[9,10].其主要的思想是利用投影算子技術將與玻璃動力學無關的快變……