2025年软物质物理学知识基础研究.pdfVIP

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

软物质物理学知识基础研究

软物质物理学是一门研究生物体、聚合物等软性材料中自由能、

结构和运动规律等物理性质的学科，与传统的硬物质物理学不同，

软物质物理学关注的是柔软、变形、可塑性等特性。软物质物理

学已被广泛应用于生物制药、新能源等领域，成为当今材料科学

的重要研究方向。本文将着重介绍软物质物理学的知识基础研究。

一、液体与固体的转变

液体与固体的转变是软物质物理学的一个重要研究领域。常见

的研究对象包括聚合物和生物大分子等。聚合物由于其高度交联

的结构和自主组装的性质，其液态和固态转变的速度和条件受到

多种因素的影响，如温度、扰动、化学环境等。固态聚合物的形

态转变与其结构的演化密切相关，因此要深入了解聚合物微观结

构才能对固液转变机制进行研究。

生物大分子的固液转变也是液体与固体转变的重要研究领域。

生物大分子如蛋白质、核酸等由于其大量的内部水分子和复杂的

结构，使其在具有一定温度下存在结晶态和非结晶态。固液转变

涉及到大分子的形态变化以及作为介质的水分子的形态变化，这

穷则独善其身，达则兼善天下。——《孟子》

使得生物大分子的固液转变与环境中的化学物质、电场、温度以

及水分子的状态等密切相关。

二、流变学

流变学是软物质物理学的另一个重要研究方向。流变学是一门

研究物质形变与变形规律的学科，主要研究软物质的应力-应变关

系、黏弹性和流变行为等。常见的流变学测量方法包括旋转粘度

法、剪切应力方法等。软物质的流变行为受到多种因素的影响，

如温度、时间、水分子等环境因素。

流变学方面的研究可以帮助深入了解和控制软物质在生产和使

用中的机械特性。例如，在医学领域，研究人员可以利用流变学

方法来研究和调节软组织的机械性能，从而开发出更加安全和可

靠的医疗器械。

三、相分离与自组装

相分离与自组装旨在研究软物质中分阶段体系、聚合物界面与

生物大分子自组装等现象。研究对象包括生物大分子、纳米粒子

百学须先立志。——朱熹

和聚合物等。自组装的现象是指分子在空间组合中根据其自身信

息和相互作用来形成有序结构的现象。

相分离现象是指物质在固灰态中发生了相分离，产生了两个或

多个不同相的现象。例如，一些聚合物会在特定条件下形成两个

或多个不同相，形成分阶段体系。这些分阶段体系具有不同的物

化性质和结构特征，具有一定的应用价值。

四、模拟与数字化

软物质物理学的研究逐渐向计算模拟方向转变。通过计算模拟

的方法来了解软物质材料的内在结构和性质，例如，利用分子模

拟的方法来研究液体、固体的转变、流变学及自组装等现象。研

究人员通过计算模拟来模拟、预测一些复杂系统的动力学行为，

探索新材料性能的研究也可以通过数字化的方法来实现。

在这个过程中，研究人员使用了众多数学模型、统计物理和计

算机程序来预测和模拟这些过程。研究主要集中在具有生物大分

子、纳米材料、聚合物和油体等软物质的复杂性上，在这些材料

中，目标结构的预测和设计对于软物质材料学既理解又严谨的系

统性研究至关重要。

人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

五、结语

软物质物理学是对软性材料的物理性质和行为的研究，这些材

料的特性在很多领域中得到了广泛的应用。本文从液体与固体转

变、流变学、相分离、自组装和模拟与数字化四个方面介绍