Войти
Мягкая материя или мягкое конденсированное вещество представляет собой подполе конденсированное вещество, содержащее множество физических систем, которые деформируются или структурно изменяются под действием теплового или механического напряжения величиной тепловых флуктуаций. К ним относятся жидкости, коллоиды, полимеры, пена, гели, гранулированные материалы, жидкие кристаллы, подушки, плоть и ряд биологических материалов. Эти материалы имеют важную общую особенность, заключающуюся в том, что преобладающее физическое поведение проявляется в масштабе энергии, сравнимом с комнатной температурой тепловой энергией. При этих температурах квантовые аспекты обычно не важны. Пьер-Жиль де Жен, которого называли «отцом-основателем мягкой материи», получил Нобелевскую премию по физике в 1991 году за открытие методов, разработанных для изучения порядка Явления в простых системах могут быть обобщены на более сложные случаи, встречающиеся в мягкой материи, в частности, на поведение жидких кристаллов и полимеров.
Мягкая материя в способы, которые невозможно предсказать или которые трудно предсказать, непосредственно на основе его атомных или молекулярных составляющих. Материалы, называемые мягкой материей, проявляют это свойство из-за общей склонности этих материалов к самоорганизации в мезоскопические физические структуры. Напротив, в физике твердого конденсированного состояния часто можно предсказать общее поведение материала, потому что молекулы организованы в кристаллическую решетку без изменений структуры на любом мезоскопическом масштабе.
Одной из определяющих характеристик мягкой материи является мезоскопический масштаб физических структур. Эти структуры намного больше микроскопического масштаба (расположение атомов и молекул ), но все же намного меньше макроскопического (общего) масштаба материала. Свойства и взаимодействия этих мезоскопических структур могут определять макроскопическое поведение материала. Например, турбулентные вихри, которые естественным образом возникают в текущей жидкости, намного меньше общего количества жидкости, но все же намного больше, чем ее отдельные молекулы, и появление этих вихрей управляет общим поведением материала при движении. Кроме того, пузырьки, составляющие пену пену, являются мезоскопическими, потому что они по отдельности состоят из огромного количества молекул, и, тем не менее, сама пена состоит из большого количества этих пузырьков, и общая механическая жесткость пены проявляется. от комбинированного взаимодействия пузырьков.
Вторая общая черта мягкой материи - это важность тепловых колебаний. Типичные энергии связи в структурах мягкой материи имеют такой же масштаб, что и тепловые энергии. Следовательно, структуры постоянно подвергаются тепловым колебаниям, претерпевая броуновское движение.
Наконец, третья отличительная черта системы мягкой материи - это самосборка. Характерное сложное поведение и иерархические структуры возникают спонтанно по мере того, как система эволюционирует в направлении равновесия.
Мягкие материалы также демонстрируют интересное поведение во время разрушения, поскольку они сильно деформируются перед распространением трещины. Следовательно, разрушение мягкого материала значительно отличается от общей формулировки механики разрушения.
Мягкие материалы важны в широком спектре технологических приложений. Они могут выступать в виде конструкционных и упаковочных материалов, пен и клея, моющих и косметических средств, красок, пищевых добавок, смазочных материалов и топливных добавок, резины в шинах и т. Д. Кроме того, ряд биологических материалов (кровь, мышцы, молоко, йогурт, jello) классифицируются как мягкие вещества. Жидкие кристаллы, другая категория мягкой материи, проявляют чувствительность к электрическим полям, что делает их очень важными материалами в устройствах отображения (ЖКД). Несмотря на различные формы этих материалов, многие из их свойств имеют общее физико-химическое происхождение, например большое количество внутренних степеней свободы, слабые взаимодействия между структурными элементами и тонкий баланс между энтропийными и энтальпийный вклад в свободную энергию. Эти свойства приводят к большим тепловым флуктуациям, широкому разнообразию форм, чувствительности равновесных структур к внешним условиям, макроскопической мягкости и метастабильным состояниям. Активные жидкие кристаллы - еще один пример мягких материалов, в которых составляющие элементы жидких кристаллов могут двигаться самостоятельно. Мягкие вещества, такие как полимеры и липиды, также нашли применение в нанотехнологиях.
Осознание того, что мягкое вещество содержит бесчисленные примеры нарушения симметрии, обобщенной эластичности, и множество флуктуирующих степеней свободы возродили классические области физики, такие как жидкости (теперь обобщенные на не ньютоновские и структурированные среды) и эластичность (мембраны, волокна и анизотропные сети - все они важны и имеют общие аспекты).
Важной частью исследований мягких конденсированных сред является биофизика.
СМИ, связанные с Мягкой материей на Wikimedia Commons
