软物质具有与传统凝聚态物质很不相同的特征和规律,软物质的聚集结构表现为多种多样的自组织构象。而软物质的性能很大程度上是由自组织构象决定的;将多种自组织构象组合可做成人工集成自组织微结构器件。可惜现在对软物质构象的认识非常粗浅。本项目以三个典型的系统(它们分别是由金属离子、化学分子和高聚物生成的自组织构象)为代表,研究软物质自组织构象的形成和演化机理、各种自组织构象之间的相互关系及其转变过程;在此基础上,总结出控制生成不同自组织构象的调控因素。改变相应的调控参量,就可控制生成的自组织构象的类型;通过调控此参量,可生长出人工集成自组织微结构组件。我们为此项目申请所作的预研工作初步证明了此目标是可以达到的。此项研究从物理基本原理出发认识软物质自组织构象的形成和演化规律,对促进软物质学科的发展意义重大;发现用一个调控参量就可以控制所生成的自组织构象类型,对于制备人工集成自组织微结构器件有重大价值。
本项目结合一些代表性的软物质自组织系统(如Pb-Sn电化学共沉积,NH4Cl-琼脂溶液过饱和析出和蛋白质折叠)研究软物质自组织构象的形成和演化规律,自组织构象之间的内在联系及相互转化规律,调整影响自组织转化的控制参量,制成人工集成自组织材料。主要包括(1)从小世界网络上的粒子-团簇凝聚和可变异的病菌引起疾病在小世界网络上的传播,认识到自组织是复杂系统内的各种复杂作用相互竞争所发生的自发过程的结果。(2)首次实现了Pb-Sn二元电化学共沉积,改变成分得到各种自组织构象。在NH4Cl-琼脂过饱和析出中,改变NH4Cl/琼脂比和湿度也得到各种自组织构象。用遗传-变异模型和折叠子相似性网络,描述了蛋白质自组织的内在联系和演化规律。由此得到在复杂系统中,由于内部或外部条件改变,使系统内各种复杂作用的强度改变,导致从一种自组织构象向另一种转化。(3)根据Pb和Sn的成核电势,加上一个呈周期变化的外加电压,制成具有特殊成分的多层微结构的Pb-Sn自组织构象。根据孔洞间距和阳极电压的关系,用一个周期变化的阳极电压,首次制成具有一分三周期结构的阳极氧化铝纳米模板。本项目发表SCI源刊论文21篇,EI1篇