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科研和实验笔记

未来研究方向的思考

先考虑大的方向,再慢慢考虑到眼前。

虽然将来我会继续增值,但目前来看,还是以流变学这一不太长的特长为主,所以要考虑流变学发展前景。其实现代的流变学已经分为两大块:非牛顿流体力学和非平衡态的软凝聚态物理。McKinley的研究比较偏前者,而Weitz的研究偏后者。两方面的研究,发展到今天,都需要建立新的实验硬件。非牛顿流体力学的研究需要流场表征手段,加上目前已经进入微流道microfluidic时代,在这方面的基础研究会推动很多未来的产业,因此需要制作微流道流变测量器件。而非平衡态的软凝聚态物理需要各种时间和空间分辨的结构测量手段。这些手段在我们实验室都不具备,有待建立。从我们实验室已有设备来看,在原有的动态光散射仪基础上,可建立DWS。在原有的旋转流变仪基础上可增加PIV。同时,利用973的资助还可以建立基于光学显微镜的particle tracking。问题只在于具体选择什么科学问题来研究。由于搭建仪器本身就需要时间比较长。现在只能注意跟踪研究前沿,等自己的仪器快要搭建好的时候,再按到时的研究前沿考虑研究课题。研究进展日新月异,现在想了也白想,只能够大致决定搭一台具备什么功能的仪器。

选择什么研究体系,研究什么问题,凭空想是很难有创新性的,靠天天看文献,也超越不了拾人牙慧。我觉得创新的来源应该从自己课题组以往的积累中获得。课题组长期从事什么体系的研究,就会积累很多“独家”的问题。可是,在流变学方面,课题组之前的研究(临界凝胶点)跟我现在的差别比较大,而且暂时也想不到有什么可深入的余地。我现在的研究(Laponite体系),又太多人研究(我基本上是跟着Joshi屁股走),而且跟他们(特别是法国那堆人)相比我的研究手段太单一,目前关于Laponite体系剩下的问题难度都很大,光靠旋转流变仪,除了能验证一些已提出的理论之外,基本上做不到什么探索。因此,我的打算是把延迟屈服这一块做一做就收摊了,需要寻找新的研究体系。是不是要在广阔的complex fluid海洋里随机挑选呢?microgel、emulsion、foam之类的,说出来都感觉很陈旧,目前无论怎么做也是超不出Larson那本书的视角的。目前我也没有好的主意,但希望按照两个原则。第一是希望选择一个既有理论问题可做,又能成为有功能的产品的体系,方便我发文章;二是寻找到反直觉(counter-intuitive)的现象,例如剪切增稠、应变硬化、负泊松比、自驱动、自增强之类。

选择研究体系,还要考虑课题组的仪器设备情况。从目前来看,除了那台拉力机之外,我们课题组仪器基本上是做流体的,而不是做凝胶的。两台旋转流变仪,动态光散射、粒度和zeta电位等等等,甚至包括将来可能搭建的particle tracking微流变。因此,研究凝胶相的仪器其实就一台拉力机。但是,课题组以往的研究工作,都是凝胶,而且还是高力学性能的凝胶(不是胶体凝胶),所以所积累的科学问题都跟凝胶相有关,我也不想抢他们做拉力的饭碗。所以综合来看,研究剪切增稠是一个比较合适的选择。趁最近几年流变学的空间表征手段大爆炸还集中在colloidal gel(剪切变稀体系)的时候,快点做一点剪切增稠的体系,希望可以赶在前面。

DWS和PIV的建立,应该是不需要等到973拨款的。所搭仪器方面,目前想尽快动手的就是搞那台动态光散射。实验体系方面,完成Laponite的延迟屈服研究之后,想开始寻找剪切增稠的模型体系。有两大方向,一是高分子体系(associative polymer),二是colloid体系。应用面广的还是后者。如果不难的话,希望两者都试一下,在机理上两种截然不同的体系能够作比较研究,或许能够找到一些共性甚至是普适性,为建立剪切增稠的一般理论提出参考。

关于住房补贴的学习笔记

我导师说,自己应得的利益,一定要争取。被人踩了至少也要喊声疼,这种事情上面不能“学雷锋”。这是我非常赞同并且需要学着做的。对于正常地球人来说这是本能不用学;我是火星人,这都要学。至于那些不明确是不是我应得的、反正就在那儿的、会哭的孩子有奶吃的资源,对我来说就难度太大了。所以至少要搞清楚哪些是我应得的。刚到地球参加工作,很多事情连名词都是第一次听说,不想不明不白地被忽悠,就要自己了解清楚。于是最近免不了要大量阅读各种“通知”、“实施办法”。

关于“住房”,我导师在我开始之前就已经言简意赅地回答了最根本的问题。而且从他讲完到现在我才意识到他讲这段话其实就是为了言简意赅回答最根本的问题。他说,为什么要解决住房呢就是因为事业单位普遍工资很低。像我导师工资是xxx(三位数)。所以学校就会建食堂,就是你到外面吃太贵吃不起至少可以在食堂吃。所以理论上为什么食堂先别说质量怎样首先价钱是不能贵的。然后就是学校解决住房。以前是有房子可以住,现在没有了,那也要补点钱,不能什么都没有。

我以就很纳闷为什么学校的工资这么低,跟现在衣食住行消费水平如此脱节,还有这么多人在这学校里面干?一听说有什么住房补贴,我又纳闷为什么学校这么好,这年头住哪不是自己解决的么?现在我就纳闷,与其这样,为什么不干脆把工资提高到正常的水平,然后就不要这种那种补贴,这种那种“通知”、“实施办法”?我听说其中一个解释就是,学校里面的人都是读书读死了,已经没有别的出路的人,工资给你低一点,谅你也跳不了槽。我感觉这跟毛时代很像,没有知识分子,造不出原子弹;但又不能捧知识分子,不然广大劳动人民的尊严哪儿放?你知识分子,农活什么的一点都不会,却能住上楼房,叫我怎么服气?现在给你住好一点,你得感谢我大恩大德。我一收回,你连地都种不了,只能饿死。说是造出什么原子弹,我们也不懂,但看在毛主席份上,且算你一功。你还别得意了。

关于我国住房政策改革的简要过程可见这里。从这里我可以了解“上面”的总体意图。

整个大背景是从1998年国务院《关于进一步深化城镇住房制度改革和加快住房建设的通知》开始的。我自己家就经历过这段时期。那时候补校的房子本来是分的,后来变咱们自己的了,就是通过花钱买的。所以去年我妈才能卖掉那房。因此从1998年之后没有所谓“实物分配”(就是真给你一间房),而是改为发钱,称作“货币化”。这样一个很基本的问题就是,以前“实务分配”,你可以规定什么职称分多少平方,因为你确实建有这么多平方的房在那儿。现在你“货币化”,那你其实就不硬性保证分多少平方了。你分多少钱,市场上能买多少平方,也不确定,要看地段看档次。原来的政策确实是一种住房政策,改了之后,就不伦不类了,纯粹是挂着“住房”的名义发不知所谓的钱。这钱,多发一点少发一点都对;说补贴啥也都对——有啥是不用补贴的呢?你非说是住房的,并没什么特别理由;好像也可以因别的。这钱为什么不当成干脆工资发?难道发钱的人心目中是大致上有一个标准,就是本单位什么职称的职工,大致上能住市面上XX花园档次的单位,然后就按市价制定补贴金额?这个实在太难想象了,可操作空间太大了。

进一步学习发现,这种操作空间可能是留给地方去“因地制宜”的。广东省人民政府《关于加快住房制度改革实行住房货币分配的通知》里对这些问题有规定:

(二)停止住房实物分配后,实行对职工发放住房补贴。职工个人住房补贴总额,原则上按当地政府确定的经济适用住房或普通商品住房的平均单价与职工负担额之差,乘以职工本人住房标准面积的一半计算。职工负担额为当地统计部门公布的上年双职工家庭平均工资的4倍除以60平方米。

职工住房面积标准,按省政府粤府〔1983〕68号文的规定执行。

文件还大致规定了这笔钱哪来、怎么分发?但也是操作空间很大,可能又是让下一级政府“因地制宜”的。刚听说我单位是什么“直属机关事业单位”(为什么?),即“由市财政核拨经费或核拨补助的市直属机关、事业单位”(啥又叫“核拨”??),因此是按《广州市直属机关事业单位住房货币分配的实施方案(试行)》。里面说:

发放住房补贴的起始时间,新参加工作人员为进入实施单位工作的次年1月份;

这就杯具了?我要明年1月才能拿这个钱呢。

最后就是我单位根据以上“通知”的精神制定的的实施方案。其实基本上省、市里面的规定都定了,就剩下“发多少钱”的问题了。中级职称前3年327大元。好嘛。

我去哪儿拿这笔钱?

住房补贴按照住房公积金进行管理。学校以职工本人的名字,在住房公积金的受委托银行开设住房补贴专用帐户,每月自发放工资之日起5日内将教职工的住房补贴存入本人帐户。自存入之日起,银行按住房公积金存款利率计息。

也就是,单位把住房补贴加到你的公积金里面去,变成公积金了。公积金怎么拿就怎么拿。

既然这样的话,身边的人让我去争取的住房是什么意思?应该是“租用学校的公有住房”。事实上我单位确有一批“租住我校公有周转住房人员”,因此不是没有先例,人家可以有,理论上我也可以有。网上也有前年涨租的新闻,闹得好像还挺大的。当时还在吵租金问题,现在连租都没得租了?我查了学校的一些通知,最近的只看到2009年,对副高及以上级别教职工进行“租配”,还要再考虑工龄等条件进行“计分”。讲师是没有的。

至于住房补贴,根据学校的通知规定,我要填写《广州市个人住房货币补贴申请表》,一式两份(不得复印或复写),交学院盖章(是否直接可盖?因为这是要审核我是否未婚的。我是否未婚,照理应该户口所有街道开证明,不是学院直接能审的吧?),再附上身份证复印件,交房管办。

什么叫公积金

我前30年的的际遇,基本上只要是有求必应。我要考大学,就考上了。我要考华工的研究生,就考上了。我想去我导师那儿读博,就去了。造成我一个习惯就是,我只要做好我的本份,我应得的报酬会自然会从天上掉下来。如果我嫌给得不够,或者想要更多,那方法就是拼命再做好,只要做得更好,自然就会有人塞更多东西给我。但社会现实经常显示出来的情况是,哪怕是一个人应得的部分,也是要争个头破血流才能拿到的。很多我得到的东西,也确实是别人非常眼红也争来争去的东西。这还是让我经常感觉很恐怖。为什么我给《新知客》写专栏,我自己根本没感觉写了这么多字,最后它给我弹了三千多块钱(给多了吧老范?快查查!)我自己当里靠着博士的补贴,存了四千块钱,本来只想着买一台Acer的笔记本(HP看了半天,便宜的都很丑,影响我的形象),结果这凭空多出来的三千,让我买了台Sony,现在非常的舒爽!这次去北京我得以向老范表达了这个,我一定要告诉他,他变相送了我一部笔记本电脑这件事。

我在网上看到我单位的人发帖抱怨工资低,曝露的情况也让我感觉很心寒,甚至觉得我女朋友跟我是跟错了,重大错误,要趁早跟她讲清楚,不能误了人家。不过,问题在于,我这简历扔出去也没人愿意要啊。对我来说,不饿死就行。总之抱怨是没有用的。我觉得我比那些人优胜的地方是,我有很多人生乐趣是不需要钱就能完成的。例如,只要给我网上(华工至少这个很便宜),我翻个墙(为这个我每个月花大概五十块钱),上youtube看音乐剧什么的,就足以让我感到生活还是很美好。同样是艺术,在我这儿比在别人那儿能产生的慰籍大得多。至少我不会穷到要卖钢琴的地步吧,那我真的很生气很绝望了也可以去弹弹钢琴。这些都是我单位没办法剥夺的东西。就这些,过一辈子都没所谓。至少不会说要去跳楼。因此,只要任何在此基础上能改善的,都属于锦上添花。为何非要我去争这个争那个?

也许到时升了副教授,我就有周转房了呢?人不都是靠这种虚幻的指望来决定当下的坚持的么?

当然,假如将来我有其他更好的机会,我也肯定会走。这是天掉下来的,我应得的东西,别人眼红半天愣是拿不到的东西。但这要求我能力保持上升态势。我的性格和我前30年的生活造成我特长是专业能力,特长就是别人没法跟我比的东西(当然是一定范围之内。根据六度分离理论,我搭五个人就能搭上诺贝尔奖),靠这个能搞到点bonus,用来填补我性格缺陷导至的落后吧。

IWEAYR-7总结(1)

我在第7届青年流变学家研讨会做的一些记录,陆续做一些总结。由于时间有限我写我自己才看得懂的东西,不多做解释。

会议的报告表现出几个比较集中的话题。有些话题我不太熟悉,幸亏导师一直坐我旁边。任何不懂的东西都可以马上问他。有时导师会叫我直接向演讲人提问。

松弛时间谱的获取

主要是K. Cho组的工作

线性粘弹性理论仍然是重要的流变学手段,特别是对于高分子体系,包括熔体和溶液。这些体系通过时温叠加(TTS),可获得“完整”的松弛时间谱,然后再通过松弛时间谱中显示出来的快慢模式来获取分子运动的信息。从G’G” vs ω曲线获得松弛时间分布的过程是需要非线性拟合。AR-G2带的Rheology Advantage软件就有此功能。但是大家还是一直提出各种算法来做这件事情,就是因为在数学上从动态模量获得连续松弛时间谱H(τ)需要解线性粘弹性的那个Voltera积分方程。解这个方程是不适定(ill-posed)的反问题。正则化(regularization)是一个比较常规的解决方法。基于正则化的方法有很多报道。K. Cho等提出新的算法不需要使用regularization。

在使用K-BKZ本构方程时,记忆函数往往通过线性粘弹性的实验来确定。通过TTS得到了G’G”主曲曲线之后,是要用一个有限模式数的Maxwell方程去拟合,得到一个离散的松弛时间谱,才能把记乙函数G(t)写成一个求和式。之所以要用离散谱,是因为各种高分子体系的连续时间谱往往不是一个特定的函数,只能近似写成一个truncated的级数。K. Cho又提出了能够自动判断需要几个模式的Maxwell方程来拟合的算法,不用人为规定。这个算法是基于小波分析的。我去年有段时间也对小波分析方法感兴趣,主要是为了看能不能应用在时间依赖性样品的LAOS测试中。

交联高分子凝胶是什么网络结构?

凝胶化过程有很多种机理。Flory的那种是双官能团和多官能团单体缩取反应形成的,完全不考虑键的形成机率(适用于共价键)的话,可能用percolation模型(因为这个模型只描述连通性,推广到kinetics的话需要增加假设); 如果交联键是物理键,那就要考虑键寿命,有点类似触变性流体模型中的结构理论。无论如何,以上这些凝胶化过程,都可以用聚集模型来描述,会形成分形聚集体,网络有在一定空间尺度范围内具有自相似性。还有一种凝胶化,是向高分子溶液添加交联剂形成的,例如向聚丙烯酸溶液中添加三价铁离子。由于这种凝胶并不是“生长”出来的,而是在把现成的线条粘起来,因此不一定是从聚集体发展起来的。假如是交联前是很稀的高分子溶液,高分子线团之间没有重叠和缠结,那么添加了交联剂之后就有可能是使线团与线团之间发生聚集。这时线团有点类似胶体体系中的悬浮粒子,但却不能当成硬球,甚至不能当成普通软球,因为高分子线团之间有一定的重叠能力,算是“超软球”。例如,交联发生在线两线团之间,两线团变成一个线团,自然就要按照新的线团的尺寸重新取一个最佳构象,当然,交联反应快而多的话,可能构象会来不及调整,真的就类似胶体聚集体的增长,而形成一定尺度的分形;交联反应足够慢的话,线团与线团之间是coalescence,因此没有分形结构。假如交联前是浓溶液,高分子已经形成了缠结网络了,那么交联反应的发展跟高分子的扩散速度相比当然是快好几个数量级的。因此这种凝胶其实不过就是对原缠结网络的一种固定。原缠结网络不是分形结构,交联之后自然也不会是分形结构。

还有很多各种各样的水凝胶。例如,两亲性嵌段共聚物胶束之间发生桥联、PNIPAM水溶液相变、虫状胶束、多肽自组装、超分子水凝胶等等。不同凝胶化机理,kinetics是不一样的,形成的网络结构差别也很大,要用不同的模型来解释。复旦大学Sanling Lu同学报告的凝胶体系是chitosan/β-glycerol phosphate水凝胶。向chitosan水溶液添加β-glycerol phosphate之后,就有温敏性的凝胶化行为。估计是后者通过疏水作用把chitosan交联了?从她给出的显微镜照片来看,这种水凝胶形成的网络跟colloid凝胶很类似,是基于聚集体的网络,表现为结构的空间分布很不均匀。因此其流变学性质应该是类似colloid体系的。大幅振荡剪切下应该是屈服流动,以耗散为主,所以不是什么“应变硬化”。Ewoldt和McKinley那篇文章误导了不少人。他们使用的样品,在LAOS下弹性为主,他们定义的“应变硬化”指标,不是什么样品都适用的。但是至少我就看到好几个做LAOS的人把“应变硬化”指标硬套到完全不可能的体系上去,得出不符合实际的结果。

热流变复杂性

长支化(LCB)聚合物的研究经常讨论热流变复杂性。聚合物熔体的时温叠加(TTS)的水平平移因子,可以用来计算Arrhenius的活化能Ea。对于TTS失败的体系(即热流变复杂体系),从这次会议知道原来也有很多人提出各种奇技淫巧来计算活化能。按照最一般的知识,热流变复杂性是由于样品中的松弛模式的温度依赖性不同导致的。温度依赖性就是Ea。因此,正确处理热流变复杂性样品数据的方法,应该是拿Ea对松弛模式作图。我看到有些文献的做法,是单独用G’G”δη0等曲线来组成主曲线,获得不同的活化能。这些活化能的意义还是很模糊。可是,要对松弛模式作图,首先要获得松弛时间谱。对于一个叠不出主曲线来的样品,如何从各个温度的结果得出松弛时间谱也是个难题。比较直观的做法就是,整个主曲线叠不好,我就分成至少能叠得好的几截。在频率坐标上分的这几截,每截应该对应着一个平均松弛时间的。因此每截上的主曲线对应的Ea就是这个松弛时间下的活化能,作出图来就能看到活化能对松弛时间的依赖关系。

以上讨论仅限于Arrhenius关系适用的情况。还有一种热流变复杂性是由于接近玻璃态导致的,也就是主曲线在高频部分叠得不好。这种情况Plazek和Ngai等人进行了很多研究。