中文摘要：

玻璃化转变是凝聚态物理领域的重要课题。本项目利用软物质物理实验，选择胶体粒子为体系，采用数字摄像显微技术，来研究玻璃化转变的微观结构－动力学性质关系。研究的主体思想是制备新型具有温度敏感特性的智能胶体粒子，应用温度原位改变胶体体系体积份数，配合数字摄像显微技术的"原位"连续观察和粒子跟踪程序，来"量化"玻璃化转变过程中胶体粒子的微观位置及其随时间的变化，从而直观和精确地研究玻璃化转变过程中体系的微观结构演变，动力学变化，协同重组区和粒子串（簇）的形成，以及动力学不均一性等物理问题。另外，通过向胶体体系添加聚合物分子来实现熵致"耗尽空缺效应"，准确地控制胶体粒子间的相互排斥和吸引作用，从而研究粒子相互作用对玻璃体系微观结构和动力学等上述问题的影响。本研究结果不但可以与现有理论模型进行定量比较，加深对玻璃化转变本质的理解，而且可以为如何调控粒子间的相互作用，为设计玻璃材料提供指导。

结论摘要：

玻璃化转变是凝聚态物理领域的重要课题。国内外对玻璃化转变的研究，相比于大量的模拟和理论工作，实验工作较少，主要是因为缺少合适的物理模型体系。本项目从实验角度研究了胶体模型体系玻璃化转变。主体研究思路设计合成模型胶体体系，采用数字摄像显微和粒子跟踪等实验技术，来研究胶体玻璃化转变微观结构和动力学。主要研究成果包括以下四个方面（1）吸引胶体玻璃的动力学不均匀性。设计了粒子间相互作用可调的吸引胶体体系，研究了吸引作用对玻璃的结构和动力学的影响，研究发现具有吸引作用的胶体玻璃动力学更加缓慢，动力学不均匀性更强，而且玻璃在弛豫时，更大量的粒子参与了重排行为。这些结果直接证明了模耦合理论有关吸引玻璃存在的预测，并且在实空间上观察到了吸引玻璃和排斥玻璃结构和动力学的不同， 明晰的吸引作用影响的微观机制。（2）吸引胶体体系的无序-有序转变。 我们利用前文提到的可控的吸引胶体体系，通过调节吸引力梯度，从无序的胶体液体，来制备有序的胶体晶体。由于吸引力可以控制胶体粒子成核区域， 防止多次成核，成功制备了大面积（达到样品尺寸-厘米级）的胶体晶体。（3）新型胶体模型体系的制备与表征。传统的模型胶体体系通常是球形，非球形胶体不但具有平动自由度，而且还具有转动自由度， 因此会产生更丰富的凝聚态物理结构和动力学行为，这种粒子构成的胶体玻璃将具有平动和转动两种玻璃共存的奇特行为。这里我们通过溶胀和种子聚合的方式，制备了碗状、半球、椭球和雪人状等一系列非球形胶体，电子显微镜等表征技术证明粒子形状规则、尺寸均匀，是良好的模型胶体体系， 为进一步研究非球形胶体玻璃化转变奠定基础。（4）三维软球胶体体系接近玻璃化和jamming转变区的结构和动力学研究。这一工作将本人二维软球胶体研究推广到了三维体系， 更具有普遍性。通过激光共聚焦显微镜技术和三维粒子跟踪，计算得到了体系接近转变点的对关联函数和均方位移等结构和动力学性质。其中对关联函数第一峰的非单调变化规律很好地印证了jamming理论的预测。本项目的研究结果不但可以与现有理论模型进行定量比较，加深对玻璃化转变本质的理解，而且可以为如何调控粒子间的相互作用，从而设计玻璃提供指导。另外，设计合成的新型胶体模型体系， 打破了传统的单一球形胶体的限制，将为进一步研究胶体体系的玻璃化转变、胶体结晶和胶体凝胶化行为奠定基础。