Yumuşak madde - Soft matter

Yumuşak madde veya yumuşak yoğun madde , termal dalgalanmaların büyüklüğünün termal veya mekanik stresiyle deforme olmuş veya yapısal olarak değiştirilmiş çeşitli fiziksel sistemleri içeren yoğun maddenin bir alt alanıdır . Bunlar sıvıları , kolloidleri , polimerleri , köpükleri , jelleri , granüler malzemeleri , sıvı kristalleri , yastıkları , eti ve bir dizi biyolojik malzemeyi içerir . Bu malzemelerin önemli bir ortak özelliği, baskın fiziksel davranışların oda sıcaklığındaki termal enerjiyle karşılaştırılabilir bir enerji ölçeğinde meydana gelmesidir . Bu sıcaklıklarda, kuantum yönleri genellikle önemsizdir. "Yumuşak maddenin kurucu babası" olarak anılan Pierre-Gilles de Gennes , basit sistemlerde düzen fenomenlerini incelemek için geliştirilen yöntemlerin yumuşak maddede bulunan daha karmaşık durumlara genelleştirilebileceğini keşfettiği için 1991 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. özellikle sıvı kristallerin ve polimerlerin davranışları için önemlidir .

ayırt edici fizik

İlginç davranışlar, yumuşak maddeden, doğrudan atomik veya moleküler bileşenlerinden tahmin edilemeyen veya tahmin edilmesi zor olan şekillerde ortaya çıkar. Yumuşak madde olarak adlandırılan malzemeler, bu malzemelerin mezoskopik fiziksel yapılar halinde kendi kendine organize olma eğiliminden dolayı bu özelliği sergiler . Buna karşılık, sert yoğun madde fiziğinde , bir malzemenin genel davranışını tahmin etmek çoğu zaman mümkündür çünkü moleküller, herhangi bir mezoskopik ölçekte desende hiçbir değişiklik olmaksızın kristal bir kafes halinde organize edilir.

Yumuşak maddenin tanımlayıcı özelliklerinden biri , fiziksel yapıların mezoskopik ölçeğidir . Yapılar, mikroskobik ölçekten ( atomların ve moleküllerin düzeni ) çok daha büyüktür ve yine de malzemenin makroskopik (genel) ölçeğinden çok daha küçüktür. Bu mezoskopik yapıların özellikleri ve etkileşimleri, malzemenin makroskopik davranışını belirleyebilir. Örneğin, akan bir sıvı içinde doğal olarak meydana gelen türbülanslı girdaplar , sıvının toplam miktarından çok daha küçüktür ve yine de kendi moleküllerinden çok daha büyüktür ve bu girdapların ortaya çıkması, malzemenin genel akış davranışını kontrol eder. Ayrıca, bir köpüğü oluşturan kabarcıklar mezoskopiktir çünkü bunlar tek tek çok sayıda molekülden oluşur ve yine de köpüğün kendisi bu kabarcıkların büyük bir kısmından oluşur ve köpüğün genel mekanik sertliği, köpüğün birleşik etkileşimlerinden ortaya çıkar. kabarcıklar.

Yumuşak maddenin ikinci bir ortak özelliği, termal dalgalanmaların önemidir. Yumuşak madde yapılarındaki tipik bağ enerjileri, termal enerjilerle benzer ölçektedir. Bu nedenle yapılar, Brownian hareketine maruz kalan termal dalgalanmalardan sürekli olarak etkilenir .

Son olarak, yumuşak madde sisteminin üçüncü bir ayırt edici özelliği kendi kendine toplanmadır. Karakteristik karmaşık davranış ve hiyerarşik yapılar, sistem dengeye doğru geliştikçe kendiliğinden ortaya çıkar.

Yumuşak malzemeler ayrıca kırılma sırasında ilginç bir davranış sergilerler çünkü çatlak ilerlemeden önce oldukça deforme olurlar. Bu nedenle, yumuşak malzemenin kırılması , genel kırılma mekaniği formülasyonundan önemli ölçüde farklıdır .

Uygulamalar

Yumuşak malzemeler çok çeşitli teknolojik uygulamalarda önemlidir. Yapısal ve ambalaj malzemeleri, köpükler ve yapıştırıcılar, deterjanlar ve kozmetikler, boyalar, gıda katkı maddeleri, yağlayıcılar ve yakıt katkı maddeleri, lastiklerde kauçuk vb. jöle) yumuşak madde olarak sınıflandırılabilir. Yumuşak maddenin başka bir kategorisi olan sıvı kristaller , onları görüntüleme cihazlarında (LCD'ler) malzeme olarak çok önemli kılan elektrik alanlarına karşı bir duyarlılık sergiler. Bu malzemelerin çeşitli biçimlerine rağmen, çok sayıda iç serbestlik derecesi, yapısal elemanlar arasındaki zayıf etkileşimler ve serbest enerjiye entropik ve entalpik katkılar arasındaki hassas denge gibi özelliklerinin birçoğunun ortak fizikokimyasal kökenleri vardır . Bu özellikler, büyük termal dalgalanmalara , çok çeşitli biçimlere, denge yapılarının dış koşullara duyarlılığına, makroskopik yumuşaklığa ve yarı kararlı durumlara yol açar . Aktif sıvı kristaller , sıvı kristalleri oluşturan elementlerin kendi kendine hareket edebildikleri başka bir yumuşak malzeme örneğidir. Polimerler ve lipitler gibi yumuşak maddeler nanoteknolojide de uygulama bulmuştur.

Araştırma

Yumuşak madde sayısız örnekler içerir gerçekleşme simetri kırma , genel elastikiyet ve çok serbestlik dalgalanan derece yeniden canlandırmıştır klasik alanları olan fizik gibi sıvılar (artık olmayan için genelleştirilmiş Newtonyen esnekliği (membran, ve ortam yapılandırılmış) ve filamanlar , ve anizotropik ağların hepsi önemlidir ve ortak yönleri vardır).

Tarihsel olarak, yumuşak madde biliminin ilk günlerinde ele alınan problemler biyolojik bilimlerle ilgiliydi. Bu nedenle, yumuşak yoğun madde araştırmalarının önemli bir kısmı , disiplinin temel amacı hücre biyolojisi alanının yumuşak madde fiziği kavramlarına indirgenmesi olan biyofiziktir .

İlgili

Ayrıca bakınız

Referanslar

I. Hamley, Yumuşak Maddeye Giriş (2. baskı), J. Wiley, Chichester (2000).
RAL Jones, Yumuşak Yoğun Madde , Oxford University Press, Oxford (2002).
TA Witten (PA Pincus ile), Yapılandırılmış Akışkanlar: Polimerler, Kolloidler, Yüzey Aktif Maddeler , Oxford (2004).
M. Kleman ve OD Lavrentovich, Yumuşak Madde Fiziği: Bir Giriş , Springer (2003).
M. Mitov, Hassas Madde: Köpükler, Jeller, Sıvı Kristaller ve Diğer Mucizeler , Harvard University Press (2012).
JN Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces , Academic Press (2010).
AV Zvelindovsky (editör), Nanoyapılı Yumuşak Madde - Deney, Teori, Simülasyon ve Perspektifler , Springer/Dordrecht (2007), ISBN 978-1-4020-6329-9 .
M. Daoud, CE Williams (editörler), Soft Matter Physics , Springer Verlag, Berlin (1999).
Gerald H. Ristow, Granüler Malzemelerde Örüntü Oluşturma, Modern Fizikte Springer Yolları, v. 161. Springer, Berlin (2000). ISBN 3-540-66701-6 .
de Gennes, Pierre-Gilles, Yumuşak Madde , Nobel Anlatımı, 9 Aralık 1991
SA Safran, Yüzeylerin, arayüzlerin ve membranların istatistiksel termodinamiği , Westview Press (2003)
RG Larson, "Karmaşık Akışkanların Yapısı ve Reolojisi", Oxford University Press (1999)
Gang, Oleg, "Nano Ölçekte Yumuşak Madde ve Biyomateryaller: İşlevsel Nanomalzemeler Üzerine WSPC Referansı - Bölüm I (4 Ciltte )" , World Scientific PUblisher (2020)

Dış bağlantılar

İlgili Medya Yumuşak madde Wikimedia Commons

Pierre-Gilles de Gennes'in Nobel Konuşması
Yumuşak Madde Üzerine Amerikan Fizik Derneği Topikal Grubu (GSOFT)
Softbites - lisansüstü öğrenciler ve postdoc'lar tarafından yürütülen ve güncel ve klasik yumuşak madde araştırmalarını özetleyen küçük boyutlu gönderiler aracılığıyla yumuşak maddeyi daha erişilebilir hale getiren bir blog
Softmatterworld.org
Softmatterresources.com
SklogWiki - basit sıvılar, karmaşık sıvılar ve yumuşak yoğun maddelere ayrılmış bir wiki.
Harvard Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu Yumuşak Madde Wiki - yumuşak madde üzerine akademik makaleleri düzenler, gözden geçirir ve özetler.
Yumuşak Madde Mühendisliği - Florida Üniversitesi'nde Yumuşak Madde Mühendisliğine adanmış bir grup
Yumuşak maddeyle ilgili Google Akademik sayfası

Languages

In other projects