軟凝聚態物質物理學

軟物質是指其某種物理性質在小的外力作用下能產生很大變化的凝聚態物質，典型的例子包括液晶、高分子體系、膠體、微乳液等。軟物質的結構和性質主要不是由內能，而是由熵來決定。文章較通俗地介紹了軟物質的概念。仔細分析了熵在軟物質中所起的作用。同時詳細介紹了聚合物體系、膠體及生物膜等幾種典型的軟物質。通過硫化橡膠和無管虹吸等十分有趣的例子，説明了聚合物對流變性質的影響；通過分析硬球膠體的相變及相分離等行為説明了熵力的概念；仔細分析了電穩定膠體的相互作用。並介紹了DLVO理論以及近年來發現的對這一理論的偏離,特別是約束條件下同號帶電膠球的長程吸引相互作用及其對此現象的一些解釋；對生物膜也作了初步介紹。人們對軟物質的研究和理解目前還處於一個非常原始的階段，深入研究和理解軟物質的各種性質必將促進人類對自然和人類自身的認識。

簡言之，軟物質是處於固體與理想流體的複雜態物質，軟物質對於外界微小擾動的敏感性、非線性相應、自組織行為等特徵，決定了此類物質與通常的固體、氣體和液體大不相同。軟物質具有流體熱漲落和固態的約束共存的新行為。體現了其組成、結構和相互作用的複雜性和特殊性。軟物質的豐富內涵和廣泛的應用背景引起越來越多物理學家的興趣，是具挑戰性和迫切感的重要研究方向，已成為凝聚態物理研究的重要前沿領域。

軟物質領域廣闊、內容豐富，涉及幾乎所有的現代探測手段，如：原子力顯微鏡、掃描近場光學顯微鏡、共聚焦顯微鏡、低温電鏡、X射線、中子散射、單分子操縱與檢測、熒光技術等等。目前，對其研究已從宏觀水平深人到分子級水平，尤其對其結構和性質的研究已有很大進展。但是由於相應體系的極端複雜性，人們對於軟物質的研究正方興未艾。 ^[1] 

膠體與高分子材料的結構和性能的設計與控制在軟物質科學研究中佔有重要地位。“軟物質”概念的提出使膠體物質和軟性高分子材料的界限變得愈來愈模糊，兩者的科學內容在‘軟物質’的大框架內相互滲透；在納米科技需求的驅動下，兩者都得到了快速的發展。傳統的高分子膠體是由單體通過乳液或微乳液聚合得到的，如今通過已有聚合物的自組裝構建具有規則結構的軟物質，已成為高分子和膠體科學研究中十分重要和有很好前景的主題。“軟物質”的“弱擾動引起大變化”特徵在材料製備和結構構築領域有着重要意義。

軟物質在生物體系中無處不在。生物膜、細胞中蛋白質的聚集態結構、蛋白質的摺疊等均是軟物質特性的反映。經過自然進化和選擇，生物體系中軟物質的結構和性能具有最優化特性。生物體系中的一些現象至今尚不能為人們所理解和復現，實現仿生一直是材料學家的夢想。探討生物體系中的一些軟物質現象和問題將對了解生命現象、生命遺傳過程中出現的問題和缺陷以及對新材料的結構設計和性能控制等都具有重要的啓發意義。

以量子阱、量子線、量子點、納米環等為代表的低維結構，由於它們至少有一個維度的尺寸小到納米尺度範圍，故電可稱為低維納米結構。

低維物理的研究對象當前以量子點最為活躍和最受關注，而“量子點結構”與當前正在興起的‘‘納米結構”有着幾乎相同或相近的範圍和含義。納米結構指尺度在1～100 nm範圍內的原子集合體，它的大小介於分子和微米結構之間。

所以可以説，低維物理同納米結構物理有着某種平行和共生的關係。

在低維物理中，量子點研究的進展非常迅速，表明它已成為低維材料科學與技術中最引人注目的前沿。究其原因，首先是因為它將對新一代量子功能器件的設計與製造產生革命性的影響。 ^[2] 

納米材料的製備技術在當前納米材料科學研究中佔據極為重要的地位。其關鍵是控制顆粒的大小和獲得較窄的粒度分佈。所需的設備也儘可能結構簡單、易於操作。製備要求一般要達到表面潔淨，粒子的形狀及粒徑、粒度分佈可控（防止粒子團聚），易於收集，有較好的熱穩定性，產率高等幾個方面。

目前磁性材料的發展以躍進的態勢進行。僅以磁存儲材料為例，其存儲信息密度以每30年1000倍的速度在增加。永磁體的磁能積也在急劇增加。因為相關性能的跳躍增加，因此每每發現的新磁性材料，冠以“巨”字詞頭，如巨磁矩材料、巨磁電阻材料、巨磁光偏轉材料、巨磁致伸縮材料，等等。