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第一篇　软物质物理学概论——结构、性质与方法前言3

第1章　软物质的启迪5

1.1　原理7

1.2 自组织8

1.2.1　扩展序8

1.2.2　分子内的自组织10

1.2.3　源于熵相互作用的自组织11

1.2.4　动理学驱动的自组织14

1.2.5　流15

1.3.1　软物质流变学的特点16

1.3　流变学16

1.3.2　软玻璃18

1.4　联系其他领域的桥梁19

1.4.1　电子凝聚态物质19

1.4.2　化学19

1.4.3　生物学20

小结20

参考文献21

第2章　溶液中的分形（几何）24

2.1　无规行走聚合物24

2.2　溶液中的分形27

2.3　分形体附近的扩散和流动34

参考文献42

第3章　几率与功44

3.1　统计物理44

3.1.1　热平衡与玻尔兹曼几率44

3.1.2　热平衡系统的可回收功与自由能50

3.1.3　格气56

3.2　可变形介质引起的相互作用59

3.2.1　微扰-吸引定理59

3.2.2　微扰-吸引定理的推导61

3.2.3　排空力65

参考文献67

第4章　分形结构的起源68

4.1　无规行走聚合物68

4.1.1　链状聚合物空间排布的随机性68

4..1.2　首末端距的几率70

4.2　长链聚合物的内部结构79

4.2.1　链内平均密度与聚合物的分形特性79

4.2.2　中子散射82

4.3 自相互作用如何改变分形维数（几何讨论）90

4.4 自回避和自相互作用（更详细的讨论）93

4.4.1　接触类型及其对聚合物尺度的影响93

4.4.2　分形维数D的估计99

4.4.3 自相互作用和溶剂品质105

4.4.4　普适比率113

4.4.5　聚电解质115

4.5　胶体聚集体119

4.5.1　胶体聚集的一般特性119

4.5.2　最简单的聚集模型123

4.5.3　多分散性和自回避的效应125

4.5.4　扩散置限聚集与反应置限聚集128

4.5.5　胶体聚集体的性质132

附录：扩展对称性136

参考文献140

第5章　相互穿插结构143

5.1　聚合物溶液143

5.1.1　稀溶液143

5.1.2　亚浓溶液147

5.1.3　浓溶液与熔体154

5.2　聚合物溶液内的运动154

5.2.1　单个球的布朗运动155

5.2.2　内禀黏性160

5.2.3　稀溶液中的聚合物：流体动力学不透明度163

5.2.4　流体动力学屏蔽167

5.2.5　亚浓扩散168

5.2.6　无缠结的亚浓自扩散172

5.2.7　有缠结的运动174

5.2.8　应力弛豫和黏性系数178

附录：Oseen张量的起源182

参考文献183

结语185

第二篇　软物质的表面与界面物理——液滴、气泡和液珠前言189

第6章　毛细现象的基础知识190

6.1　形成界面的代价190

6.2.1　液滴的形状193

6.2　对液滴的早期研究193

6.2.2　拉普拉斯定律195

6.3　液滴生成的困难200

6.3.1　迂回：受压液体的蒸气压200

6.3.2　开尔文定律201

参考文献202

第7章　液体-固体的接触203

7.1　铺展参数203

7.2　部分浸润203

7.2.1　杨氏关系203

7.2.2　接触线上的作用力205

7.2.3　液垫206

7.3.1　铺展的判据208

7.3　完全浸润208

7.3.2　浸润膜209

7.3.3　表面熔化210

参考文献211

第8章　毛细提升212

8.1 弯月面212

8.1.1　特征尺寸212

8.1.2　高度与形状213

8.1.3　绳上的弯月面214

8.2　细管中的毛细提升216

8.2.1　历史回顾216

8.2.2　毛细提升定律217

8.2.3　毛细力219

参考文献221

第9章　实际表面222

9.1　锚定现象222

9.1.1　接触角迟滞222

9.1.2　三重线的锚定现象223

9.2　织构表面上的浸润224

9.2.1　实验224

9.2.2 Wenzel模型226

9.2.3　复合粗糙表面227

9.3.1　静态情况230

9.3　液珠与液球230

9.3.2　液滴的滚落232

9.3.3　液滴的弹跳234

参考文献235

第10章　界面的流体动力学236

10.1　概论236

10.2 自发现象238

10.2.1　毛细提升238

10.2.2　液滴的铺展239

10.3　受迫现象241

10.3.1　流体残留现象描述241

10.3.2　运动的接触线245

参考文献247

第11章　界面的不稳定性249

11.1 去浸润249

11.1.1　实例249

11.1.2　去浸润速度250

11.1.3　缓流液滴252

11.2　瑞利-泰勒不稳定性252

11.3 Plateau-Rayleigh不稳定性255

参考文献258

12.1.1　实例260

12.1　表面活化效应260

第12章　表面活性剂260

12.1.2　吉布斯关系261

12.1.3　朗缪尔水槽262

12.2　表面活性剂的溶解度263

12.2.1　相互作用264

12.2.2　胶束的临界浓度265

12.2.3　胶束的构型267

12.3　表面活性剂的若干应用270

12.3.1　去污270

12.3.2　乳化271

12.3.3　浮选273

参考文献274

第13章　肥皂泡275

13.1　破裂方式（一个寓言）275

13.2　肥皂膜的寿命277

13.2.1　生成277

13.2.2　表面活性剂的作用278

13.2.3　老化278

13.3　黑膜280

13.3.1　范德瓦尔斯力281

13.3.2　静电力283

13.3.3 DLVO理论286

参考文献288

第14章　聚合物溶液289

14.1　理想链289

14.1.1　聚合物的尺寸289

14.1.2　熵弹簧290

14.1.3　短程关联292

14.2 Flory链293

14.3　其他状态297

14.3.1　聚电解质297

14.3.2　凝胶298

14.3.3　“活的”聚合物299

参考文献300

第三篇　软物质物理学的若干研究领域——自组织、膜、胶体、电流变液、生物大分子及其他前言303

第15章　软物质的自组织305

15.1　软物质的基本类型306

15.1.1　聚合物308

15.1.2　胶体309

15.1.3　表面活性剂309

15.2　软物质趋向有序的特征和途径311

15.2.1　平衡态情况312

15.2.2　非平衡态情况313

15.3　软物质自组织的形式315

15.3.1　超分子自组装316

15.3.2　单（大）分子自组织318

15.3.3　熵驱动下的自组织320

15.3.4　非平衡动力学自组织325

15.4　控制和设计自组织形貌的途径327

15.4.1　衬底诱发328

15.4.2　空间几何和取向约束328

15.5　复相分离的热力学330

15.5.1　宏观相分离332

15.5.2　介观相分离335

15.5.3　微观相分离335

15.6.1　相分离动力学的两种机制340

15.6　复相分离的动力学340

15.6.2　失稳分解动力学理论341

15.7　讨论343

参考文献347

第16章　软物质聚集的模型研究349

16.1　单聚集体350

16.1.1　组元性质的影响350

16.1.2　协同因素的影响353

16.2　多聚集体356

16.2.1 多聚体团簇尺寸、形态及其随时间演化的描述357

16.2.2　早期临界动力学行为361

16.2.3　结构弛豫363

16.2.4　外场的影响366

16.3　聚集形态对性能的影响369

参考文献372

第17章　生物膜形状的液晶模型理论374

17.1 引言——液晶和生物膜的基础知识375

17.1.1　液晶的结构和宏观弹性375

17.1.2　生物膜及红血球形状问题379

17.2 描述流体膜的Helfrich自发曲率理论模型384

17.2.1 Helfrich自发曲率弹性自由能384

17.2.2　类脂双层膜泡的普遍形状方程及轴对称方程388

17.2.3　轴对称膜泡方程的解析解391

17.2.4　数值方法研究膜泡形状的若干主要结果396

17.3　手征分子膜的螺旋结构理论399

17.3.1　实验事实399

17.3.2　螺状液晶与倾斜手征膜弹性自由能401

17.3.3　螺旋膜形状方程与螺旋膜解403

17.3.4　胆结石形成机理与各向异性手征螺旋膜406

17.4　总结和讨论409

参考文献411

第18章　胶体的相互作用、结构和动力学416

18.1　硬球胶体和近硬球胶体418

18.2　软球胶体及DLVO理论420

18.3　熵力422

18.4　带电胶球的相互作用——若干新进展425

18.5　胶体的平衡结构427

18.6　胶体动力学概要431

参考文献434

第19章　悬浮体的输运与统计性质理论436

19.1　线性电介质和瑞利方法437

19.1.1　方程和边界条件438

19.1.2　瑞利方法439

19.1.3　电流变效应441

19.1.4　颗粒链的能量443

19.1.5　颗粒链间的相互作用445

19.2　颗粒界面结构的理论448

19.3　动态电流变效应450

19.3.1　极化电荷弛豫方程及其严格解450

19.3.2　旋转颗粒表面的极化电荷分布452

19.3.3　旋转颗粒系统的电能和感应力454

19.4　悬浮体弱非线性电导性质458

19.4.1　微扰展开式方法458

19.4.2　微扰势的解析表达式459

19.4.3　广义朗道公式460

19.5　非线性瑞利方法461

19.5.1　零阶势的瑞利方法461

19.5.2　非线性势的瑞利方法462

19.5.3　非线性有效电导率的一般公式464

19.5.4　非线性复合介质的有效介质近似465

19.6　悬浮体的统计理论466

19.6.1　计算热流平均的一般公式467

19.6.2　精确到c2的热流计算468

19.6.3　几率密度函数470

19.6.4　有效热导率470

参考文献471

第20章　聚合物溶液中胶体微粒的沉降473

20.1 引言473

20.2　理论计算476

20.3　实验方法480

20.4　结果和讨论483

20.4.1　稀薄胶体悬浮液中的沉降483

20.4.2　浓胶体悬浮液中的沉降489

20.5　总结496

参考文献498

第21章　电流变液501

21.1 电流变液现象及其应用501

21.1.1 电流变液的基态结构和基本特性501

21.1.2　电流变液的可能应用505

21.2.1　计算颗粒间相互作用力的模型506

21.2 电流变液颗粒间相互作用的极化模型506

21.2.2　颗粒链中相邻粒子间的电场极化力513

21.3　界面极化的麦克斯韦-瓦格纳模型理论515

21.4　从第一性原理出发的介电电流变液理论518

21.4.1　理论基本假设和表述519

21.4.2　主要理论结果520

21.5　颗粒结构形成动力学过程524

21.5.1　颗粒结构形成过程模拟——平均颗粒团尺寸524

21.5.2　静态剪切应力的电场频率依赖性526

21.5.3　稳恒剪切流、瞬变电场下的剪切应力527

21.5.4　非布朗运动的动力学响应530

21.5.5　薄层结构-颗粒集团的抗剪切稳定性531

21.5.6　薄片层状结构——电流变活性的判据534

21.6　巨电流变效应及其机理537

21.6.1　巨电流变液的结构和性质537

21.6.2　巨电流变液的可能机理539

21.7　磁流变液概述541

21.7.1　磁流变液现象541

21.7.2　磁流变液的材料研究543

21.7.3　磁流变液的应用547

参考文献548

第22章　非线性、涂层和动态电流变效应551

22.1　涂层电流变效应552

22.1.1　低浓度极限的谱表示553

22.1.2　二分量系统的元胞模型554

22.1.3　三分量系统的元胞模型555

22.1.4　三分量系统的谱表示555

22.1.5　具有液态水涂层的介电核558

22.2　非线性电流变效应561

22.2.1　介电球对的多重镜像法562

22.2.2　非线性电流变效应的自洽机理563

22.2.3　结果和讨论564

22.3　动态电流变效应566

22.3.2　弛豫方程的严格解567

22.3.1　旋转球形颗粒感应偶极子矩的弛豫方程567

22.3.3　弛豫时间的微观理论569

22.3.4　动态电流变效应的数值结果570

参考文献573

第23章　二维肥皂泡沫动力学575

23.1 引言576

23.2　肥皂泡沫动力学579

23.2.1　存活元胞和先辈元胞579

23.2.2　元胞驻留与首次通过指数583

23.2.3　团簇驻留585

23.3　总结595

参考文献596

第24章　蛋白质的折叠和结构预测598

24.1　分子生物学和生物物理学概述598

24.1.1　基本的分子生物学598

24.1.2　生物物理学601

24.2　蛋白质折叠和蛋白质设计602

24.2.1　蛋白质折叠602

24.2.2　蛋白质设计606

24.2.3　蛋白质结构分类608

24.3　蛋白质折叠的几个模型研究609

24.3.1　HP模型609

24.3.2　疏水拉链模型610

24.3.3 Go模型611

24.3.4　分子动力学模拟612

24.3.5 β发卡的折叠612

24.4　蛋白质折叠的简单性613

24.5　蛋白质的氨基酸简化表述615

24.5.1 蛋白质氨基酸之间的相互作用矩阵615

24.5.2　蛋白质成分的约化表述616

24.5.3　失配度函数的优化与氨基酸分组618

24.5.4　分组结果621

24.5.5　基于约化研究的蛋白质序列模式623

参考文献624

25.1 引言——生物单分子研究和皮牛顿力学的兴起626

第25章　DNA单分子弹性理论626

25.2 DNA单分子弹性理论628

25.2.1 双链DNA的拉伸630

25.2.2　双链DNA的扭转633

25.3　肿瘤抑制蛋白p53识别序列DNA微环弹性637

25.4　几点展望643

参考文献643

第26章　颗粒物质物理学导论645

26.1 引言645

26.2.1　颗粒的堆积密度和挤压膨胀648

26.2　颗粒物质的静态性质648

26.2.2　沙堆的静止角和颗粒中的摩擦力650

26.2.3　“粮仓效应”和Janssen连续介质模型651

26.2.4　颗粒中力的分布653

26.2.5　成拱现象657

26.3　外加振动下颗粒物质的行为661

26.3.1　振动引起的颗粒对流和斑图的形成662

26.3.2　振动引起的颗粒分聚666

26.4　颗粒的流动特性670

26.4.1　漏斗出口的颗粒流量670

26.4.2　颗粒流中的密度波672