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胶体科学是一门古老而又新兴的学科,它所研究的对象—胶体—有着广泛的实际应用和很高的科研价值。固体胶粒分散在液体介质中形成的溶胶是一种结构丰富、性质多变的复杂流体。当溶胶中含有不只一种的胶粒时,可以将其它种类粒子的存在等价于待考察粒子之间的有效互作用。这样的处理可以降低系统的复杂程度,有利于理论分析和计算机模拟的研究。
本文主要的工作是研究球形胶粒和杆状胶粒的混合溶液中球与球之间和球与界面之间的由杆状胶粒所诱导的有效势。在绪论中我们介绍了有效势的背景知识、研究方法和研究现状;在二、三两章中,通过对系统自由能的简化处理和蒙特卡罗模拟,我们研究了球—杆混合溶液中的有效势。具体的说,在第二章中我们研究了细杆的顶端和球的表面之间存在的吸附作用对于球形粒子间有效势的影响,包括单端点吸附和双端点吸附两种情况。对于单端点吸附的情况,增强吸附作用将使有效势从单调的吸引转变为单调的排斥;而对于双端点吸附的情况,随着吸附作用的增强有效势将从单调的吸引势转变为远程吸引而近程排斥的简谐势。对于这两种吸附情况,增加细杆长度和吸附范围都会使有效势得到增强。在第三章中我们研究了界面对于有效势的影响。对于两个处于平面上的球形粒子,如果细杆的长度大于球形粒子的半径,那么平而的存在将减弱球形粒子间的有效势。增加细杆的长度会增强表面的影响。除此之外,我们还研究了界面的曲率对有效势的影响。增加表面的凸度将增强表面上球形粒子间的有效势但同时会减弱球形粒子与表面间的有效势,而增加表面的凹度有着相反的效果。
除了有效势方面的工作之外,我们还在第四章中研究了准二维二元偶极硬球混合物的结构转变。关于偶极系统的背景知识也在绪论中作了简要的介绍。在我们所研究的二元混合物中,同种粒子的偶极子方向相同,异种粒子的偶极子方向相反。随着偶极子与二维平面法线间夹角的增大,系统的结构依次为各向同性集团,各向异性集团,块状集团,链和柱。对于这些结构之间的转变,我们从能量的角度给出了相应的解释。
在最后一章中,我们对本文所做的研究工作进行了简短的总结。