受限胶体中结构与力学性质的动态密度泛函研究

In the dynamic process of colloids, the correlation between particles is an important factor in determining the dynamic behaviors of the system. It influences directly the dynamic evolution of the density profile and the mechanical properties of the system. As a result, deepening the understanding about the relation between these correlations and the dynamic behaviors is an important issue in the studies of the hydrodynamics. . In this proposal, dynamical density functional theory and the principles of statistical mechanics are employed to study the effect of these correlations on the structure evolution and the mechanical properties. First of all, the attention is focused on the structure evolution of the confined colloids. By calculating the dynamic evolution of the density profiles in different confinements, the influence of the dynamic correlation on the structure evolution will be studied. The characteristics of the structure evolution in different confinements will also be analyzed. Furthermore, for the confined colloids in dynamic process, the theoretical equations for the pressure tensor and the elastic modulus will be derived based on the principles of the statistical mechanics. By performing numerical calculations, the effect of the dynamic correlation on these mechanical properties will be investigated. Moreover, the regularity and characteristics of these mechanical properties presented in the dynamic process will also be discussed. The inherent relations between the structure evolution and the mechanical properties will be studied in detail. . This project aims to, through the study of the structure evolution and mechanical properties of the confined colloids, deepen the understanding of the dynamic process of colloids and reveal the microscopic mechanism of the dynamic evolution. The results may provide theoretical supports and clues for the related experimental studies.

在胶体的动态过程中, 粒子间关联是决定体系动态行为的重要因素, 它直接影响体系的结构演化和力学性质. 因此, 深入理解粒子间关联与体系动态行为之间的内在联系是流体动力学研究中的重要主题. 本项目基于动态密度泛函理论和统计力学原理研究受限胶体中粒子间关联对体系结构演化和力学性质的影响. 通过计算不同受限空间中密度分布的动态演化, 重点研究动态关联对体系结构演化的影响, 并分析结构的演化特征在不同受限空间内的差异. 基于统计力学原理导出动态过程中压力张量和弹性模量等力学性质所满足的方程, 进而通过数值计算研究动态关联对力学性质的影响. 通过数值结果研究各力学性质在动态过程中的规律与特点, 并找出结构演化与力学性质之间的内在联系. 本项目旨在通过对受限胶体中结构演化和力学性质的系统研究, 深化对胶体动态过程的认知, 揭示胶体动态过程的微观机理, 为相关领域中的实验研究提供理论依据和理论线索.

胶粒间关联是决定胶体体系动态行为的重要因素，它直接影响体系的结构演化和力学性质。因此，理解粒子间关联与体系动态行为之间的内在联系是流体动力学研究中的重要主题。本项目基于经典流体的密度泛函理论和动态密度泛函理论对受限胶体中粒子间关联对体系结构、压力张量和弹性模量等力学性质的影响进行了系统的研究，并对受限量子流体的组分分离现象进行了深入的探讨。. 项目组已顺利完成计划书中各项研究内容，并将研究体系适当地拓展到量子流体。研究内容主要包括：基于密度泛函理论及动态密度泛函理论，计算并得到了受限胶体在其动态过程中的压力张量和弹性模量等力学特性的理论结果，探讨了流体力学相互作用在体系动力学性质中的重要性。研究了受限胶体混合物中的压力分布，并讨论了其中一些奇特的现象，这为理解纳米尺度下多元体系中的输运现象提供了有益的参考。研究了多组分胶体混合物中的耗尽势以及胶体的吸附稳定性问题，为理解和掌握胶体沉降和稳定性问题提供了可行的研究方案。分别研究了受限胶体中胶粒间的短程排斥和短程吸引作用对体系压力张量的影响，这对于从微观角度理解和掌握体系的动力学过程大有裨益。作为拓展内容，课题组还研究了量子流体中的组分分离现象，分别从大自旋、高阶分波和质量不对称性等不同角度对组分分离及其分离程度进行探讨。. 本项目旨在通过对受限胶体中结构演化和力学性质的系统研究，深化对胶体动态过程的认知，揭示胶体动态过程的微观机理，并为相关领域中的实验研究提供理论依据和理论线索。项目执行期间共发表SCI检索论文6篇。此外，在基金的资助下，已培养具有较高研究水平的青年教师2名。