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AFM长篇综述：软物质/软材料的3D打印: heyongzju 2020-5-2 19:31; AFM 长篇综述：软物质/软材料的3D打印 88 A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials.pdf 与人体组织具有相似性能的软材料在现代跨学科研究中发挥了关键作用，其被广泛用于生物医疗中。与传统加工方法相比，3D打印可实现复杂结构的快速原型制作和批量定制，非常适合加工软材料（软物质）。然而，软材料的3D打印的发展仍处于早期阶段，并且面临许多挑战，包括可打印材料有限，打印分辨率和速度低以及打印结构多功能性差等。EFL团队多年从事3D打印水凝胶、硅胶等软材料的研究，近期EFLers梳理和总结了应对软材料打印的响应策略，在Advanced Functional Materials上发表了题为“A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials”的长篇综述。本综述重点聚焦三点： 1）如何便捷开发可打印材料？ 2）如何选择合适的方法并提高打印分辨率？ 3）如何通过3D打印直接构建复杂软结构/系统？我们回顾了用于打印软聚合物材料的主流3D打印技术，归纳了如何提高打印分辨率和速度，选择合适的打印技术，开发新颖的可打印材料以及打印多种材料。系统总结了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展。 1. 主流3D打印技术概述受到软材料独特的理化性质限制，当前打印软材料的主流技术主要有四种：激光熔融烧结（SLS），光固化打印（SLA、DLP、CLIP、CAL）、喷墨打印（Inkjet Printing、E-jet）挤出打印（FDM、DIW、EHDP）等。每种方法都有自己各自的材料要求以及打印特性。本综述详细介绍了各打印方法的原理、材料要求、打印速度、打印精度和多材料能力，为选择合适的打印方法提供了指南。图1. 3D打印软材料使用的主流技术 2. 多材料3D打印进展概述与单一材料的打印相比，多材料3D打印能够直接构造复杂的功能结构，具有更强的可定制性。本综述将软材料的多材料3D进展分为两类：复合材料的3D打印和多种材料的3D打印。前者直接使用复合材料作为打印材料构造复杂结构，后者则通过3D打印过程来构建多材料结构。使用多材料3D打印的最终目的是为了构建具有强大功能的结构。具体而言，将复合材料运用到3D打印中主要为了：1）提高材料可打印性；2）提高材料机械性能；3）赋予材料新的理化性质（如导电性、磁响应性、形状记忆性等）；4）利用可牺牲组分构建多孔结构。而对于多种材料的3D打印，则有多种方法来实现多材料的集成，包括：1）多喷头/多墨盒打印；2）同轴打印；3）埋入式打印。其目的可以概括为：1）可牺牲的支撑以构建复杂结构；2）多材料的耦合实现机械增强；3）不同功能的材料集成以构建具有实际功能的结构。本综述系统概括了相关的进展，为如何利用多材料3D打印构造具有优良性能和强大功能的软材料系统提供了指导。图2.多材料3D打印概述 3. 软材料3D打印的应用 3D 打印能够便捷地集成多种材料，实现快速原型，为多学科交叉领域应用的验证提供了强大的工具。而软材料具有和生物体相似的性质，在于生物相关的领域发挥了越来越重要的作用。本综述介绍了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展，为软材料3D打印的应用指明了可能的方向。图3. 3D打印仿生结构图4.3D打印柔性电子图5.3D打印软机器人图6.生物3D打印 4. 展望未来，集成多种材料以实现复杂应用将会是大势所趋，软材料3D打印的研究重点会在：1）集成高精度和高速度打印以满足复杂结构快速原型的需要；2）开发高度集成的多材料3D打印技术来满足对具有高功能性和复杂多尺度几何形状的打印结构的需求；3）开发新型的打印材料以丰富打印结构的功能；4）将仿生学思想融入设计过程中来构建超性能结构。图7.软材料3D打印的未来发展展望题为“A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials”的综述论文已在Advanced Functional Materials 在线刊登。周璐瑜硕士生为第一作者，贺永教授为通讯作者。论文地址： https://doi.org/10.1002/adfm.202000187 最受关注文章Top10 甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）生物3D打印操作教程 EFL团队2019年度总结 EFL招聘啦！ 3D打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探自带荧光水凝胶来袭！生物3D打印-从形似到神似多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造 EFL课题组2018年度回顾生物3D打印入门概述; 个人分类: 论文|9631 次阅读|0 个评论

ACS AMI：通用的3D打印多材料高弹性硅胶方法: heyongzju 2019-6-19 22:24; ACS AMI：通用的3D打印多材料高弹性硅胶方法 Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomers 论文链接： http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04873 71 Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomers.pdf 摘要：硅胶及硅橡胶（PDMS）等典型的软物质材料在柔性电子、医疗器械、可穿戴设备及柔性机器人等领域有广泛的应用。然而当前的大部分硅胶材料由于长固化时间及低粘度特性，并不适合3D打印。本论文给出了硅胶及PDMS类软材料的一种通用3D打印解决方案，可实现各种硅胶的高效、高质打印而不改变原有的力学性能。我们建立了打印的理论模型，系统地分析了硅胶类高弹性体的可打印性，引入了纳米二氧化硅来改善流变及可打印性。我们首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能高质量通过3D打印成形。为了展示多材料3D打印的前景，我们打印了了医疗假体、数据手套及软体机器人用人工肌肉，我们相信系统的解决各种硅胶的3D打印，将会为软材料的广泛应用提供支撑。硅胶弹性体由于出色的柔性和生物相容性，广泛应用在医疗假体，柔性电子设备和软机器人等领域。但是，受限于其较低的粘度和较长的固化时间，大量的高性能硅胶弹性体无法高精度打印。为了解决硅胶弹性体的打印难题，我们提出了一种硅胶 3D 打印策略，从材料、设备和工艺三个角度系统研究了目前硅胶 3D 打印面临的技术困境，并提出了相应的解决方案。具体来说，我们通过添加流变改性剂（纳米二氧化硅）来改善硅胶的可打印性，利用边混合边打印的喷头实现了打印时间的无限延长。同时，为了提高打印的速度和精度，我们建立了打印过程的理论模型，利用该模型，硅胶打印的精度可以被准确的预测和控制。这个全面的策略为 3D 打印硅胶的应用提供了有力的指南。图 1. 硅胶 3D 打印策略的总体框架为了使硅胶可打印，我们在市售的硅胶中添加了纳米二氧化硅作为流变改性剂。分散在硅胶中的纳米二氧化硅颗粒会与硅胶分子链产生弱的相互作用，使得材料体系的粘度显著增加。而在剪切力作用下，这些相互作用会被破坏，从而使得材料体系的粘度降低。基于这个原理，硅胶就能在挤出打印后保持设计的形状而不发生结构坍塌。同时，市售的双组分硅胶在室温下也会缓慢固化，如果将硅胶事先混合好再打印，那么可打印的时间将会被严重限制。因此，我们使用了一种实时混合的打印头。在这个打印头中，硅胶的两种组分被分开储存，而在打印时被同时挤出并在混合叶片的辅助下充分混合。用这种方式，硅胶的打印时间就能无限地延长。图 2. 硅胶 3D 打印的材料改性策略一个可靠的理论模型对于提高硅胶 3D 打印的精度和速度是至关重要的，在这项工作中，我们建立了挤出打印过程的理论模型，通过控制气压、喷嘴直径和打印速度，打印的精度可以被准确的预测和控制。而通过选择合适的气压和喷嘴，就能在保持打印精度的同时，有效地提高打印的速度。图 3. 硅胶 3D 打印过程的理论模型更值得一提的是，我们提出的这个策略对于不同种类的硅胶是通用的。无论是热固化硅胶还是光固化硅胶，亦或是不同硬度的硅胶，均可以使用这个策略进行打印。一些具有出色力学性能的硅胶，例如可以被拉伸到 2000% 的硅胶，也被成功地打印成复杂的二维 / 三维结构。图 4. 高弹性硅胶 3D 打印及复杂结构精确打印最后，我们使用这项策略打印了一系列的柔性电路和人工肌肉，展现了它在柔性电子和软机器人等领域出色的应用潜力。图 5. 使用硅胶打印的柔性电路图 5. 使用硅胶打印的人工肌肉题为“ Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomer ”的相关论文已发表在 ACS Applied Materials Interfaces (IF=8.1) 上，周璐瑜硕士为第一作者，贺永教授为通讯作者。论文链接： http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04873; 个人分类: 论文|6074 次阅读|0 个评论

精确操控胆甾相液晶螺旋轴走向: 热度 1 胡伟 2015-12-19 03:37; 精确操控胆甾相液晶螺旋轴走向我们与厦门大学合作，利用光取向技术实现了对胆甾相液晶螺旋轴走向的控制。该研究成果于 2015 年 12 月 14 日发表在《先进光学材料》上，并被选为当期封面。 ( Rationally designed dynamic superstructures enabled by photo-aligning cholesteric liquid crystals Adv. Optical Mater. 2015, 3 (12), 1691–1696. ) 从星系、藤蔓到 DNA ，螺旋结构普遍存在。胆甾相液晶 (Cholesteric liquid crystals，CLC) 因自身具有手性或手性分子的掺入，其自组装体也显现出螺旋结构。因液晶具有光学各向异性，沿着螺旋轴方向折射率呈周期性变化。当螺旋轴在液晶盒内平躺时，在偏光显微镜下将呈现出经典的指纹织构 (Fingerprint texture) 。它作为一种周期可调的光子晶体，在光束控制和光谱分析等领域具有广阔的应用前景。然而，指纹织构通常是通过绒布摩擦等机械方法进行控制，均匀性差、缺陷较多，更无法实现螺旋轴指向的任意操控，这大大限制了其实际应用。与摩擦取向相比，光取向作为一种非接触式的配向技术则完全避免了静电、颗粒和机械损伤，适用于大面积、高精度、图形化的取向控制，并可有效调控预倾角和锚定能等参数，这为 CLC 的精确甚至任意操控打开了一扇大门。左：封面；右： a ）角向取向平面态胆甾相液晶分子排列示意图和 c ）偏光显微织构图； b ）电压（ 2.4 V ， 1 kHz ）诱导螺旋轴面内排列示意图和 d ）偏光显微镜下的阿基米德螺旋型条纹织构。基于上述认识，我们与厦大一拍即合，利用彼此在光配向技术和 CLC 研究方面的优势，合作对该课题进行了探索攻关。通过开创性地将光取向技术应用于 CLC 指纹织构控制，使得原本均匀一维条纹织构都难以控制的指纹织构出现了可喜的变化。利用光取向技术我们实现了整个液晶盒内大面积均匀的光栅制备，偏光显微镜观察和衍射实验表明，光栅品质较比传统摩擦取向方法有了质的提升。进一步的，我们在取向结构上引入变化，并惊喜地发现 CLC 螺旋轴受到取向层诱导发生了走向的变化，这为精确操控 CLC 螺旋轴走向提供了可能。我们利用角向取向的结构，在电压诱导下获得了阿基米德螺线形的条纹织构，并对其生长和消退的动态过程进行了追踪。为进一步研究螺旋轴走向操控背后的规律，我们详细研究了取向方向和螺旋轴指向的关系，并系统考察了二畴情况下取向角及相错线对螺旋轴指向的影响。基于对规律的认识和掌握，我们利用边界限制结合取向控制获得了不同边界形状的阿基米德螺线，螺线自适应填充满整个取向区域。我们还制备了波浪形光栅织构。上述规律的探索使得 CLC 螺旋超结构的更为复杂的甚至任意的操控成为可能。该研究为液晶分子螺旋形超结构的研究打下了基础，同时，也为软物质超结构材料的可控生长提供了全新的思路。大面积高品质光栅的制备和 CLC 螺旋轴走向的前所未有的精确控制的实现，有希望为先进光学元件的设计开发开辟了一条全新的途径。本论文第一作者为南京大学 2014 级硕博连读生马玲玲同学，南京大学胡伟副教授和厦门大学陈鹭剑副教授为共同通信作者。本研究得到了国家自然科学基金、教育部博士点基金、固体微结构物理国家重点实验室开放课题及高等学校基本科研业务费的支持。; 个人分类: 成果报道|6599 次阅读|1 个评论

软物质物理学，一个可能大家都该知道的物理学新方向: 热度 9 jphuang 2012-3-23 17:11; 软物质包含的系统很广，主要包括：高分子、液晶、胶体、表面活性剂等。我们日常生活中充满了大量的软物质，例如：牛奶、洗洁精、果冻、沙子、饮料、油漆、雾、烟、血液等。日常生活中不太见到的软物质，也有很多，例如：铁磁流体(ferrofluid)、电流变液(electrorheologicaol fluid)、磁流变液（magnetorheological fluid）等。软物质的主要特性有三点，即复杂性 (complexity) 、适应性 (flexibility) 、耦合性 (coupling) 。 ——“复杂性”是指人们无法从单个原子或分子的排列结构和性质推知系统整体的物理性质，这与传统的晶体不一样，因为这些软物质系统最小的功能单元不再是原子或分子，而是包含大量原子或分子的颗粒等介观结构； ——“适应性”是指轻微的化学作用能够促使力学性质发生显著变化，以便更好地适应系统所在的环境； ——“耦合性”是指各种作用力与系统构型之间存在耦合，例如，作用于系统的力改变了，系统的构型也会随之改变。人们把研究软物质物理性质（即：力、电、磁、光、声、热等方面的性质）的学科叫做“软凝聚态物理学”(Soft Condensed Matter Physics)、或“软物质物理学”(Soft Matter Physics)，它是传统物理学在新时期的一个新发展，此所谓“老树开新花”。国际上公认的“软物质物理学”领域的代表人物是：皮埃尔 · 吉勒 · 德热纳（法语： Pierre-Gilles de Gennes ， 1932 年 10 月 24 日－ 2007 年 5 月 18 日），法国物理学家， 1991 年获诺贝尔物理学奖，其获奖理由是：发现研究简单系统中有序现象的方法可以被推广用于处理更为复杂的物质，特别是液晶和高分子。他在诺贝尔获奖典礼上使用“软物质”（ Soft Matter ）一词代替之前的专业术语——“复杂流体” (Complex Fluid) ，他认为之前的名称可能会让年轻人对此学科望而却步。国际上发表“软物质物理学”领域的研究成果的(主要的)专业学术期刊有：Soft Matter, Physical Review E, Journal of Physical Chemistry B, European Physical Journal E，等. 其中，Soft Matter属于一区期刊（by 中科院）。当然，此外的top journals，诸如 Nature, Science, PNAS, Nature Physics, Physical Review Letters等也发表软物质物理领域的研究成果，但这些期刊并非专业期刊。软物质物理学，一个可能大家都该知道的物理学新方向，因为它与大家的生活密切相关，但却充满了太多的未知与挑战……; 13544 次阅读|9 个评论

软物质物理学名著选译之《表面、界面和膜的统计热力学》已经出版: 热度 2 ultrachao 2012-2-8 14:55; 以色列Weizmann科学研究院材料与界面系教授、Steinfeld教席的首位任职者 SAMUEL A. SAFRAN 教授的代表作《STATISTICAL THERMODYNAMICS OF SURFACES, INTERFACES, AND MEMBRANES》已经翻译出版。在当当网、卓越网、京东网、互动出版网都有售《表面、界面和膜的统计热力学》介绍理解表面、界面和膜的结构与热力学性质，从基础研究和实际应用两方面看，都是很重要的，所涉及的重要应用包括了涂层、分散剂、封装剂以及生物材料。软物质材料不仅是很多生物系统的基础，而且在新材料的开发方面也起着重要作用，但是，由于其成分和参数繁多，不可能用试错法来设计这类材料。虽然某些时候可将这类材料作为微观混合物加以分析，但将其当做悬浮液并集中研究这些系统中的界面的性质，常常在概念上更为简单。这时，基本的物理集中在镶入三维空间的准二维体系的性质上，从而可展示出体材料中不存在的现象。本书的理论描述基于上述方法，采用这种方法可以处理软物质物理领域（既包括胶体科学、界面科学，也包括材料科学和生物物理学中的大分子研究）所探讨的种种丰富多彩的现象，比如界面张力、粗糙化相变、润湿、表面间相互作用、膜的弹性以及自组装等现象。本书以教学讲义的形式呈献给读者，每章后均附有一定数量的例题和习题，可供对作为表面、界面和膜的宏观热力学性质基础的统计力学感兴趣的物理学家、物理化学家、生物物理学家、化学工程师以及材料科学家参考。左边是中文版封面、右边是英文版封面。本书是由上海交大物理系张海燕老师翻译。由Tex排版！特别值得一提的是本书将原版书索引完整保留且翻译，按原版书的索引位置索相应中文页码，从而保证了原书的完整性，且索引采用英中对照形式，更方便由各个学科入门者学习以便掌握正确的英文专业词汇。 SAMUEL A. SAFRAN 教授简介： SAMUEL A. SAFRAN 从 1990 年起就是以色列 Rehovot 的 Weizmann 科学研究院的材料与界面系的教授，并且是 Steinfeld 教席的首位任职者。在 Weizmann 研究院，他担任 Feinberg 研究生院的院长达六年，之后于 2001 年被任命为研究院的副院长。他曾经是新泽西 Annandale 的 Exxon Research and Engineering 的复杂流体研究小组的资深物理学家。他的研究是把凝聚态物理的理论概念应用于理解软物质，包括界面、膜和自组装的结构、相行为以及动力学等。具体的课题包括胶体、自组装和生物材料的相行为与结构，表面相变，润湿动力学，以及细胞和膜的力学 / 热力学。他是美国物理学会会士，是 Langmuir 编委会的委员，也是复杂流体物理方面的几种刊物的编辑。 “ Safran 的讲座最令人称道的方面之一就是他采用了由浅入深的方法：从简单体系着手，进而发展到复杂体系。其讲义从富有刺激性和挑战性的问题中获益良多。读完本书之后，我很愿意以它为基础来教授一门课，这就是本书非常令人愉悦的一个明证。”—— Physics Today “……为学习复杂的多分量体系中内部界面的知识，这是一本极受欢迎的入门书。” —— Journal of Statistical Physics; 7069 次阅读|8 个评论

从吃汤包说起——浅谈流变学: 热度 18 武际可 2011-4-5 09:53; 才能够呈现为固体的性质。可是如果从肉皮冻的固体状态升温到室温时，它可能还是固体。同样，粥和玉米糊也有这个情况。这说明，它们的粘性和温度的关系很大，而且不仅和温度本身有关，还和温度变化的过程，或者说和温度变化的历史有关。另外拿一瓶果酱，你想把它倒进另外一个容器里，一开始倒不出来。可是当你把它激烈地摇晃几下，你就能够把它倒出来了。如你仔细观察，粥也有这个特点。摇晃前后，尽管受同样的重力，可是表现很不相同。这说明它们的行为和变形的历史有关，摇晃无非是给了它们外力，从而产生了变形，这个变形的历史影响了它们的行为。早期的材料力学与弹性力学是适应工业与民用建筑结构、道桥结构、车船与航空等结构的舒适、安全与节约发展起来的。主要的研究内容是常用的工业结构材料所制成的梁、板、壳和它们的组合体的强度刚度和稳定性来展开的。随着工业使用机器生产的范围的扩大，随着人类对自然现象的科学研究深入，人们不断提出新的材料行为的问题。这些问题的精确回答愈来愈显得迫切。用机器生产巧克力，需要精确回答巧克力在什么温度下是流动的和在什么温度下硬结。炼油工业需要回答在管道中原油的阻力，以及它随温度的变化关系，以便在需要时加温以减阻。在机制面条时又需要对面粉与水的适当比例，以及对和好的面的各项物理特性的精确了解。医学上为了了解心脏的负担以及心脑血管疾病的机理，需要对血液的粘性测定，为了了解某种药液，能不能顺利通过注射器的针管，又需要对这些药液的粘性精确测定。地质学家为了预测山体崩塌和泥石流的发生，需要探讨岩石和泥土的流变规律。等等，不一而足。就以印刷行业来说，只要考察油墨在印刷机上的行为，就可以知道流变学的重要性。整个印刷过程与油墨有关的无非是以下 5 个环节： 1. 油墨从墨罐中转移到印刷机墨斗中，是倒入，或是用铲子刮取，这是属于油墨的流动性或塑性的问题； 2. 油墨从墨斗中转移到墨辊上的过程，这时油墨是从宽阔处向窄缝间伸入，与油墨的流动性有关，粘性太大固然麻烦，但粘度过小也不行，好的油墨就会很好地粘附在墨辊上而又不会到处流淌； 3. 在墨辊上，油墨匀开的过程和从墨辊到墨辊的转移过程 ( 这个过程是经由若干根墨辊到达印版滚筒的 ) ，这时，油墨在墨辊之间受到压挤，以均匀的薄膜匀开到墨辊的表面，油墨中的颜料粒子被压溃，二级凝聚被破坏而变成一级粒子均匀地分散，这样反复地进行，最后在印版滚筒上均匀地匀开，得到均匀的油墨薄膜，这是使印刷中不产生深浅的重要过程； 4. 油墨从印版滚筒上转移到纸上；印到纸上的油墨向纸内渗透，这时在墨辊和纸之间油墨受到印压时，油墨的一部分被压挤到纸张的细缝间去，油墨借表面张力毛细管现象渗透到纸张纤维的缝间，在这过程中，溶剂挥发，留下亮油的薄膜，必须在短时间内形成有某种硬度的薄膜，以防油墨在成象时渗墨； 5. 在印刷过程结束时，形成的墨膜的变形，是形成的薄膜所具有可变形性和强度问题，需要考虑偶尔的碰蹭擦不掉的粘附力和强度，当把印刷品堆叠到一起时，为了不被上面的纸张背面粘掉墨膜，也需要油墨能迅速硬化和成膜后有充分的强度。除此之外，作为特殊情形，在凹版印刷中，油墨的转移主要是靠渗透到纸上完成的，所以油墨的流动性特别重要。在电子计算机的喷墨打印，新闻油墨等用于高速印刷机上，所以在向印刷机输送油墨的管中，也应有油墨流动的问题。总之，这些新的研究对象，与以往研究得较多的钢铁、水泥、木材、有色金属等不同，科学家们把它们称为软物质。研究它们的学问称为流变学（ Rheology ）。有趣的是，在英文里，流变学和神学（ Theology ）只有开头一个字母之差，而且开头的字母 R 和 T 在英文打字键盘上是紧挨着的，粗心的打字员，经常会把流变学打成神学。这也不奇怪，因为流变学的复杂性，的确有点像神学一样高深莫测。目下流变学按照应用范围来分，可以分为血液流变学、食品流变学、化妆品流变学、石油产品流变学和高分子流变学等。总之，流变学的历史还很短，还有大量不清楚的问题有待研究。形形色色的新兴工业和研究领域需要大量熟悉流变学的人才。参考文献油墨的流变学和印刷适性， http://www.bisenet.com/article/200810/41861.htm 王振东，流变学的诞生和研究对象 http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=205890do=blogid=219864 A Handbook Of Elementary Rheology - A Barnes.pdf; 个人分类: 科普|10502 次阅读|29 个评论

漫谈软物质: 马红孺 2007-9-30 16:52; 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.vonSmoluchowski)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(depletioninteraction)，是软物质社区近年来的一个小的热点；还有一个是Helfrich1973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(Granularmaterial)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)。; 个人分类: 普通物理|11853 次阅读|1 个评论

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