Mykt stoff - Soft matter

Mykt stoff eller mykt kondensert stoff er et underfelt av kondensert materiale som omfatter en rekke fysiske systemer som deformeres eller endres strukturelt av termisk eller mekanisk belastning av størrelsen på termiske svingninger. De inkluderer væsker , kolloider , polymerer , skum , geler , granulære materialer , flytende krystaller , puter , kjøtt og en rekke biologiske materialer . Disse materialene deler et viktig fellestrekk ved at dominerende fysisk atferd forekommer i en energiskala som kan sammenlignes med termisk energi ved romtemperatur . Ved disse temperaturene er kvanteaspekter generelt uviktige. Pierre-Gilles de Gennes , som har blitt kalt "grunnleggeren til myk materie", mottok Nobelprisen i fysikk i 1991 for å oppdage at metoder utviklet for å studere ordensfenomener i enkle systemer kan generaliseres til de mer komplekse tilfellene som finnes i myke Det gjelder spesielt oppførselen til flytende krystaller og polymerer .

Særpreget fysikk

Interessant atferd oppstår fra myk materie på måter som ikke kan forutses, eller er vanskelige å forutsi, direkte fra atomene eller molekylære bestanddelene. Materialer som kalles mykt materiale viser denne egenskapen på grunn av en felles tilbøyelighet til at disse materialene selvorganiserer seg i mesoskopiske fysiske strukturer. Som kontrast, i fysikk av hardt kondensert materiale er det ofte mulig å forutsi den generelle oppførselen til et materiale fordi molekylene er organisert i et krystallinsk gitter uten endringer i mønsteret i noen mesoskopisk skala.

En av de karakteristiske egenskapene for mykt materiale er den mesoskopiske skalaen til fysiske strukturer. Strukturene er mye større enn den mikroskopiske skalaen (arrangementet av atomer og molekyler ), og er likevel mye mindre enn den makroskopiske (samlede) skalaen til materialet. Egenskapene og interaksjonene til disse mesoskopiske strukturene kan bestemme den makroskopiske oppførselen til materialet. For eksempel er de turbulente virvlene som naturlig forekommer i en flytende væske mye mindre enn den totale væskemengden og likevel mye større enn dens individuelle molekyler, og fremveksten av disse virvlene styrer materialets generelle flytende oppførsel. Boblene som består av et skum er også mesoskopiske fordi de individuelt består av et stort antall molekyler, og likevel består selve skummet av et stort antall av disse boblene, og den generelle mekaniske stivheten til skummet kommer fra de kombinerte interaksjonene til bobler.

Et annet felles trekk ved myk materie er viktigheten av termiske svingninger. Typiske bindingsenergier i myke materiestrukturer er av lignende skala som termiske energier. Derfor påvirkes strukturene stadig av termiske svingninger, som gjennomgår brunsk bevegelse .

Til slutt er et tredje særtrekk ved mykt materiesystem selvmontering. Den karakteristiske komplekse oppførselen og hierarkiske strukturer oppstår spontant når systemet utvikler seg mot likevekt.

Myke materialer viser også en interessant oppførsel under brudd fordi de blir svært deformerte før sprekkutbredelse. Derfor skiller bruddet på mykt materiale seg vesentlig fra den generelle bruddmekanikkformuleringen .

applikasjoner

Myke materialer er viktige i et bredt spekter av teknologiske applikasjoner. De kan vises som struktur- og emballasjematerialer, skum og lim, vaskemidler og kosmetikk, maling, tilsetningsstoffer, smøremidler og drivstofftilsetningsstoffer, gummi i dekk, etc. I tillegg kommer en rekke biologiske materialer (blod, muskler, melk, yoghurt, jello) kan klassifiseres som mykt materiale. Flytende krystaller , en annen kategori av mykt materiale, viser en lydhørhet overfor elektriske felt som gjør dem svært viktige som materialer i displayenheter (LCD -er). Til tross for de forskjellige formene til disse materialene, har mange av deres egenskaper felles fysisk -kjemisk opprinnelse, for eksempel et stort antall indre frihetsgrader, svake interaksjoner mellom strukturelle elementer og en delikat balanse mellom entropiske og entalpiske bidrag til den frie energien . Disse egenskapene fører til store termiske svingninger , et stort utvalg av former, følsomhet av likevektsstrukturer for ytre forhold, makroskopisk mykhet og metastabile tilstander. Aktive flytende krystaller er et annet eksempel på myke materialer, der bestanddelene i flytende krystaller kan drive seg selv. Myke stoffer, som polymerer og lipider, har også funnet anvendelse innen nanoteknologi.

Forskning

Innseelsen om at myk materie inneholder utallige eksempler på symmetribrudd , generalisert elastisitet og mange svingende frihetsgrader, har gjenopplivet klassiske fysikkfelt som væsker (nå generalisert til ikke- newtoniske og strukturerte medier) og elastisitet (membraner, filamenter , og anisotropiske nettverk er alle viktige og har felles aspekter).

Historisk sett var problemene som ble vurdert i de tidlige dagene av mykstoffvitenskap, de som gjaldt de biologiske vitenskapene. Som sådan er en viktig del av forskning på mykt kondensert stoff biofysikk med et hovedmål for disiplinen å være reduksjonen av cellebiologifeltet til begrepene fysikk i mykt materiale.

I slekt

Se også

Referanser

I. Hamley, Introduction to Soft Matter (2. utgave), J. Wiley, Chichester (2000).
RAL Jones, Soft Condensed Matter , Oxford University Press, Oxford (2002).
TA Witten (med PA Pincus), Structured Fluids: Polymers, Colloids, Surfactants , Oxford (2004).
M. Kleman og OD Lavrentovich, Soft Matter Physics: An Introduction , Springer (2003).
M. Mitov, Sensitive Matter: Skum, geler, flytende krystaller og andre mirakler , Harvard University Press (2012).
JN Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces , Academic Press (2010).
AV Zvelindovsky (redaktør), Nanostructured Soft Matter-Experiment, Theory, Simulation and Perspectives , Springer/Dordrecht (2007), ISBN 978-1-4020-6329-9 .
M. Daoud, CE Williams (redaktører), Soft Matter Physics , Springer Verlag, Berlin (1999).
Gerald H. Ristow, Pattern Formation in Granular Materials , Springer Tracts in Modern Physics, v. 161. Springer, Berlin (2000). ISBN 3-540-66701-6 .
de Gennes, Pierre-Gilles, Soft Matter , Nobel Lecture, 9. desember 1991
SA Safran, Statistisk termodynamikk av overflater, grensesnitt og membraner , Westview Press (2003)
RG Larson, "Strukturen og reologien til komplekse væsker," Oxford University Press (1999)
Gang, Oleg, "Soft Matter and Biomaterials on the Nanoscale: WSPC Reference on Functional Nanomaterials - Part I (In 4 Volumes)" , World Scientific PUblisher (2020)

Eksterne linker

Medier relatert til myk materie på Wikimedia Commons

Pierre-Gilles de Gennes 'Nobelforelesning
American Physical Society Topical Group on Soft Matter (GSOFT)
Softbites - en blogg som drives av doktorgradsstudenter og postdocs som gjør myk materie mer tilgjengelig gjennom bittestore innlegg som oppsummerer nåværende og klassisk mykstoffforskning
Softmatterworld.org
Softmatterresources.com
SklogWiki - en wiki dedikert til enkle væsker, komplekse væsker og mykt kondensert materiale.
Harvard School of Engineering and Applied Sciences Soft Matter Wiki - organiserer, gjennomgår og oppsummerer akademiske artikler om myk materie.
Soft Matter Engineering - En gruppe dedikert til Soft Matter Engineering ved University of Florida
Google Scholar -side om myk materie

Languages

In other projects