摘要：自然界中许多活性物质处于高黏度的环境中,研究者们大多采用过阻尼模型来进行描述.近年来,惯性对活性物质运动行为的影响受到了越来越多的关注.本文通过郎之万动力学模拟,研究低惯性活性粒子和高惯性活性粒子组成的混合体系中的相分离现象.研究结果表明,与单一组分的低惯性粒子体系或高惯性粒子体系相比,中等密度的混合体系有利于相分离现象的发生,而高密度的混合体系不利于相分离的发生.此外,中等密度下,在大量低惯性粒子与少量高惯性粒子组成的混合体系中,由于受到高惯性粒子的撞击,低惯性粒子的速度增大,这有利于低惯性粒子与低惯性粒子形成聚集,从而发生相分离.但是随着低惯性粒子的减少和高惯性粒子的增加,高惯性粒子与高惯性粒子之间的弹性碰撞会抑制相分离现象的产生.本研究有助于深入认识活性物质的集体运动行为,为材料的设计与控制提供参考.

摘要：活性聚合物由于其可形变的长链构象而表现出更丰富的动力学行为.本文通过郎之万动力学模拟研究了在周期性外场调制下活性聚合物的运动行为.我们发现柔性聚合物链有4种跨区域运动模式.外场的周期性区域宽度在活性聚合物行为的调控方面起到了关键作用.比如随着区域宽度的改变活性聚合物的扩散系数可以发生高达两个数量级的改变,其余如链的统计空间密度分布、整体受力情况、特征尺寸和取向等都表现出明显的非单调变化.这些变化反映了不同区域宽度下,聚合物链的构象特征及运动模式的改变.我们的研究为设计和调控活性聚合物的动力学行为提供了新思路,有望为可形变链状或长条状活性物质在生物、医学和材料领域的潜在应用提供参考.

摘要：自然界的许多活性物质都处在复杂的环境中,例如动物群体穿过丛林、微生物在土壤中迁移、细菌被设计用于感知肿瘤的多孔环境等.活性物质在复杂环境中的行为是一个值得探究的课题,在生物物理、医疗工程、工业领域具有可观的应用意义.本文用活性哑铃代表细菌等具有形状各向异性的活性物质,采用郎之万动力学模拟,研究它们渗透有限多孔介质的行为.研究发现在低温和适当的活性力下,活性哑铃能在介质内外聚集并形成4种稳定的聚集结构.4种聚集结构分别是中空巨聚集、介质内中空聚集、密实巨聚集、介质内密实聚集.定向运动的持久性决定了活性哑铃的聚集程度.4种聚集结构的密度、极性序参量、热力学温度在介质内外的分布有明显的区别.本研究结果有助于进一步理解活性物质在复杂环境中的生命活动,为微流器件的设计、药物的输运等医学操作提供新的思路.

摘要：探索自驱粒子形状对自组装结构和动力学的影响是软物质研究的前沿课题.组装基元形成的寡聚体及其动力学是大量粒子形成组装结构的基础.本文设计了一种“十”字形自驱粒子,发现其可以形成数种不同构型的寡聚体,计算了寡聚体(二、三、四聚体)的均方位移、角速度、角速度分布概率、轨迹曲率分布概率等.寡聚体的运动行为可分为两类:一类是合力为零但力矩不为零,寡聚体进行小半径的偏心旋转;另一类是合力不为零力矩也不为零,寡聚体呈现大半径的偏心旋转.寡聚体的平动动力学在短时间尺度(大致约为1—2 s,与其角速度有关)都呈现超扩散现象,但转动速度受寡聚体结构影响;力矩越大,转动惯量越小,角速度越大.对于三聚体,轨迹曲率与角速度有关,角速度越大,曲率也越大.

摘要：活性物质的自推进特征引发了许多非平衡自组织现象,而聚合物链的构象自由度可以使链产生独特的平衡自组装行为,这激发了活性物质与聚合物物理的交叉研究.本文通过分子动力学模拟,研究了自驱动活性对ABA型三嵌段共聚物凝胶化转变的调控.研究结果表明活性嵌段共聚物凝胶的塌缩源于自驱动活性引起的网络链运动,活性越大则凝胶网络越容易产生大直径空洞.在凝胶网络的拓扑缺陷方面,当A嵌段之间吸引强度较大时,环链比例随活性力增强而增大,吸引强度较小时情况则相反.交联点的分支数随活性的变化除了受到吸引强度的影响,还与链刚性有关.在动力学方面,活性聚合物的定向运动会引发稳定聚合物凝胶整体的反常扩散.本文的研究有助于增进对活性聚合物集体行为的认识,为高分子活性材料的设计和应用提供了新的思路.

摘要：利用多媒体开发软件及网页制作工具,建构了一个大学物理实验网络教学平台。介绍了此平台的详细设计方案,以及它所具有的功能和特点,探索大学物理实验多媒体网络辅助教学的新应用。