论文部分内容阅读
近年来,胶体晶体的研究受到了广泛关注。本文采用布朗动力学模拟方法,对胶体晶体的形成过程进行模拟,主要开展了以下工作:
⑴当带电粒子间具有长程相互作用时,对其形成胶体晶体的过程进行模拟。带电粒子间的相互作用势为Yukawa排斥势,采用RDF曲线和键序参数方法分析体系结晶过程和晶体结构随时间的演变。模拟结果显示,体系在较低的粒子数密度下,能够自发形成有序的体心立方(BCC)结构。Yukawa作用势参数的大小对体系的有序化转变也有一定的影响。
⑵当带电粒子间具有短程相互作用时,虽然相图中的稳定结构为面心立方(FCC)结构,但是发现体系从无序向有序结构的直接转变很难在有限的模拟时间中实现。模拟中,当体系的粒子数密度增加后,体系长时间陷于无序的类玻璃态结构,阻碍了其向有序化结构的可能转变。进一步的模拟显示,当玻璃态结构被越过后,体系可以形成FCC晶体结构,并且比该条件下的BCC结构更加稳定。根据“Ostwalds step rule”理论,形成胶体晶体的过程中可能要经历不稳定的BCC结构。通过分析,选取适合于形成BCC结构的截断半径,模拟了体系在短程相互作用下,由无序状态经由BCC结构而形成FCC结构的过程。
⑶通过计算机模拟,分别对硬球体系形成胶体晶体的条件和带电粒子形成胶体晶体的判据进行验证。硬球体系作为一种比较简单的体系,其胶体晶体的形成只与体积分数有关。而另一方面,带电粒子形成胶体晶体的机理更加复杂,对其形成条件目前还缺少有效的判断依据,有效硬球模型判据提出以有效直径作为判断参数。为了验证该判据的有效性,对不同有效直径下带电粒子胶体体系的行为进行了研究。为了更加定量的研究单因素对带电粒子形成胶体晶体的影响,对固定的有效直径,研究了粒子几何直径和排斥力不同情况下的结晶行为。结果表明,有效硬球模型判据有合理的一面,但也存在一定的局限性,不能将有效直径deff作为判别体系是否能够有序化形成胶体晶体结构的唯一参数。