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1、软物质软物质 讲解人：宋锐讲解人：宋锐时间：每周一、三 持续时间：时间：每周一、三 持续时间：2009. 11 2010. 1 共共10周，周，40学时（学时（2学分） 地点：考查方式：闭卷考试 办公地点：研究生院教学楼学分） 地点：考查方式：闭卷考试 办公地点：研究生院教学楼103室 联系方式：室 联系方式：13241856393； 课程目的课程目的课程目的：课程目的：主要内容为软物质的表现形式、形成机制和在相关领域的具体某些应用。通过本课程学习，要求学生掌握各种软物质的基本概念，以及与材料制备相关的机理、手段和表征方法，为今后在相关的研究中打下理论基础。主要内容为软物质的表现形式、形成机制
2、和在相关领域的具体某些应用。通过本课程学习，要求学生掌握各种软物质的基本概念，以及与材料制备相关的机理、手段和表征方法，为今后在相关的研究中打下理论基础。学习方法：学习方法：讲解加评论，自我提高。讲解加评论，自我提高。观念改变：观念改变：科研中没有科研中没有112那么简单、直接；对于那么简单、直接；对于u = f(x,y,z) ，教学中给定初值和函数关系，求，教学中给定初值和函数关系，求U；研究中，只有一系列的；研究中，只有一系列的XYZ数据，自己找可能的初值条件，可能的函数关系，再求出可能的答案；常常没有唯一的答案，只有更合理的答案数据，自己找可能的初值条件，可能的函数关系，再求出可能的答案
3、；常常没有唯一的答案，只有更合理的答案。考评方法期末成绩（70%）；平时成绩（30%）：1. 本课程没有教材，请参看参考书，讲解的实例主要是最近的学术研究结果。2. 关掉手机。3. 随时可以提问。1. 本课程没有教材，请参看参考书，讲解的实例主要是最近的学术研究结果。2. 关掉手机。3. 随时可以提问。一些建议课程提纲第一章：介绍1. 什么是第一章：介绍1. 什么是“软物质软物质”？2. 软物质中所涉及的力、能量和时间尺度：分子内 和分子间的作用力、结构组合、相转变、有序参 数、等.3. 研究软物质所涉及的实验技术4. 软物质在纳米技术的应用？2. 软物质中所涉及的力、能量和时间尺度：分子内
4、和分子间的作用力、结构组合、相转变、有序参 数、等.3. 研究软物质所涉及的实验技术4. 软物质在纳米技术的应用第二章：聚合物第二章：聚合物1.聚合物的织构（1.聚合物的织构（architecture)和立构化学和立构化学(stereochemistry)；2. 合成化学；3.共聚物和共混物（；2. 合成化学；3.共聚物和共混物（copolymers ?多分散性（多分散性（polydispersity););?相分离和富集(相分离和富集(segregation)现象;)现象;?薄膜和本体性质的对比；薄膜和本体性质的对比；第三章：凝胶第三章：凝胶1.凝胶的种类：物理凝胶、化学凝胶；2.与凝胶有关
5、的理论；3.水凝胶1.凝胶的种类：物理凝胶、化学凝胶；2.与凝胶有关的理论；3.水凝胶?水凝胶的种类水凝胶的种类?水凝胶的具体应用水凝胶的具体应用?水凝胶的形成水凝胶的形成?水凝胶的加工水凝胶的加工第四章：胶体第四章：胶体1.胶体的种类和形成2.胶体颗粒之间的作用力3.组装和相行为1.胶体的种类和形成2.胶体颗粒之间的作用力3.组装和相行为?电荷和稳定作用电荷和稳定作用?有关的动力学过程有关的动力学过程?组装过程中的缺陷组装过程中的缺陷?长程有序的控制手段4.有关的表征技术5.胶体的实际应用长程有序的控制手段4.有关的表征技术5.胶体的实际应用第五章：双亲化合物 （第五章：双亲化合物 （amp
6、hiphiles）1.双亲化合物的种类2.在溶液中的自组装行为1.双亲化合物的种类2.在溶液中的自组装行为?双亲化合物分子的相分离和富集行为双亲化合物分子的相分离和富集行为?胶束化（胶束化（micellization)和临界胶束浓度()和临界胶束浓度(critical micelle concentration, CMC) )?副层（副层（bilayer）和囊泡(）和囊泡(vesicles) )?在浓溶液中的相行为在浓溶液中的相行为?在表面活性剂和微乳液中的复杂行为在表面活性剂和微乳液中的复杂行为3.在固体界面上的吸附行为3.在固体界面上的吸附行为第六章：自然界中的软物质第六章：自然界中的软物
7、质1.核酸；2.蛋白质；3.多糖（1.核酸；2.蛋白质；3.多糖（polysaccharides);4.生物膜);4.生物膜第七章：软物质和纳米技术第七章：软物质和纳米技术1.微刻蚀技术的光敏胶；2.以嵌段聚合物作为模板的纳米蚀刻技术；3.直接胶体粒子的组装4.使用1.微刻蚀技术的光敏胶；2.以嵌段聚合物作为模板的纳米蚀刻技术；3.直接胶体粒子的组装4.使用PDMS等等SAM的软刻蚀技术；的软刻蚀技术；?有关化学和过程；有关化学和过程；?在微流体中的在微流体中的micropatterning; ;?在生物技术中的应用在生物技术中的应用Soft Matter（）Small（）Langmuir（）
8、Nanoscale（）J. A. C. S （）ACSNano（）Nano Letter （）Physical Review Letters（）Science（）Nature（）Nature Materials Physical Review B（）Progress in Surface Science（）Journal of Chemical Physics（）Journal of Physical Chemistry B （）主要学术杂志 物质？材料开场白 有关材料的简单介绍历史学家选择了把某一类材料的特征及 其广泛应用作为人类文明史各个阶段的一种 标志? 旧石器时代? 新石器时代? 陶器
9、时代? 青铜器时代? 铁器时代那么我们现在所处的这个时代应该称为什么 时代呢？? 钢时代？ ? 硅时代？ ? 塑料时代？ ? 合成材料时代？ ? 半导体时代？ ? 精密陶瓷时代？ ? 复合材料时代？ ? 纳米时代 ？材料实用价值的五个判据材料实用价值的五个判据? 资 源 ? 能 源 ? 环 保 ? 经 济 ? 质 量考虑到上述各种因素之后，有人提出 材料应该定义为：人类社会所能够接受的经济 地制造有用器件的物质。材料的分类材料的分类按材料的组成分类：按材料的组成分类： 金属材料 钢铁材料、非铁材料、合金 有机高分子材料 天然的、合成的 无机非金属材料 陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型陶瓷
10、 复合材料按材料的用途分类：按材料的用途分类：结构材料支撑件、连接件、传动件、紧固件等功能材料磁性材料、电子材料、信息记录材料、光学材料、敏感材料、能源材料、生物医学材料等结构材料与功能材料的划分并不严格生物医学材料？按材料内部原子排列情况分类：按材料内部原子排列情况分类：晶态材料（包括液晶材料）非晶态材料液态材料气态材料从材料尺度角度分类：从材料尺度角度分类：三维材料块体材料 二维材料薄膜、涂层等 (金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层)一维材料纤维、晶须等 (光导纤维、高强纤维)零维材料粉 体材料科学材料科学20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书 特书的时期。20 世纪科
11、学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、激光、信息、 能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地 促进了材料的发展，使得材料在 20 世纪中叶发生 了一次“革命性”的飞跃，这个飞跃的标志就是“材 料科学”的形成。20 世纪中叶的几项成果世纪中叶的几项成果? 超音速飞机 (镍基超级合金)? 计 算 机 (晶体管、半导体)? 航天飞机 (高温结构陶瓷)新材料的发展方向新材料的发展方向? 结构功能的复合化复合化? 功能材料的智能化智能化? 材料与器件的集成化集成化? 制备和使用工程的绿色化绿色化Kondracheff的周期与技术革命的变迁材料科学的不断发展，使物理学和化学的相 应领域
12、出现了革命性的进步，诞生了许多新 思想、新概念、新理论。其中，软物质软物质和超分子超分子的概念就是其中最为 重要的两个。1. 什么是软物质？Pierre Gilles de Gennes（1991 Nobel 奖获得 者）：何谓我们所指的软物质？美国人宁可称为 “复杂流体” 在本世纪上半叶原子物理学的 巨变中，一个自然的结果就是软物质，其基础是 高分子、表面活性剂、液晶，还有胶体粒子。代表性刊物：代表性刊物：?Physics Review E:专门刊登有关液晶、高分子、胶 体等被称为复杂流体的物质的研究文章；?Physica: 软凝聚态物质，涉及的学科依次包括：液 晶、高分子、双亲分子、生物膜
13、、胶体、浸润与附着 以及颗粒介质。?Soft Matter:作为物质科学的不同分支， 上述学科有着各自不同的理 论、研究方法、应用领域和 发展历史，但都由于其复杂 性复杂 性和柔性柔性被纳入软物质的范 畴。化学家的贡献：化学家的贡献：超分子的提出（1987年）：Jean-Marie Pierre Lehn, Charles J. Pederson, Donald J. Cram. 超分子化学的范畴与展望 - 分子、超分子和分 子器件（超分子化学的范畴与展望 - 分子、超分子和分 子器件（Lehn的诺贝尔演讲题目）超分子化学的定义：超出分子范围的化学， 关系到通过分子间力使两种或者多种化学物 种缔合在一起而形成的高度复杂的组织化整 体。超分子虽然是一门十分年轻的领 域，但其学科的基本框架已经逐 渐建立，而化学家正在分子识 别、催化、输送以及扩展到分子 表面和多分子组合体方面进行更 多的知识积累。超分子化学的内容 真正意义上的分子间相互作用,指氢键和 Vant Waals作用; 以配位键为主的配位化学的相关内容; 众多彼此相互独立的分子有序性集合,主要 是指分子的组装或自组装。Dance I, New J Chem, 2003, 27, 1
