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J. Phys. Chem. B纪念de Gennes

JPCB封面

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J. Phys. Chem. B出了一期de Gennes纪念专刊。王鸿飞在博客里提到了这件事,但他转而联系到了非科学的话题。

de Gennes的去世是一件大事,纪念事件不少。我前年在Nature Network上面纪念过他一回,以我当时的水平简单介绍了一些软物质现象和原理。

大科学家的的传记和事迹,多数会在相关领域的期刊的讣告和纪念专刊上找得到。这次J. Phys. Chem. B上就有一篇de Gennes的传记,写得比较平实,完成任务式。但里面有一句话挺有意义:

He started studying disordered systems–polymers, colloids, surfactants, micromulsions–that were not considered noble enough by physicists and thus were left to chemists and physical chemists to research.

我联想到在科苑星空BBS的物理版上,有很多同学看待自己的专业是带有一种非理性的崇拜的,具体表现为对粒子物理的钟爱,同时对凝聚态物理的鄙视。他们认为,物理学是用来炫耀一个人的pure mind和IQ的,凝聚态物理对他们来说太dirty。这些错觉也许是学生式的肤浅造成的。科学的趣味并不存在于这一层。

像de Gennes这样的所谓“牛人”,其中一方面“牛”在你摆脱不了他。从高分子科学中,有很长一段时间,人们摆脱不了Flory——他一个平均场就几乎把高分子的整个理论占了个遍。而到了60年代之后,大家发现de Gennes也有点摆脱不了了。高分子的浓稠体系和缠结现象自然摆脱不了他,相变离不了他,液晶离不了他,colloid离不了他,连wetting也离不了他。你在查文献的时候,回溯啊回溯,总回发现要说一句“怎么又是de Gennes”。

纪念专刊的常规做法是发表该人物涉足过的各相关领域的最新research paper。但是一个issue的篇幅是有限的,最终出来的paper体现了该期刊的Editor的取舍,即他对“什么能代表该领域最新动态”的个人理解。让我喜悦的是,我正在从事的非线性流变学研究以及LAOS方法恰好在这期里占了一篇paper(J. Phys. Chem. B 2009, 113, 3799-3805)。该文章理论上探讨了一种特殊的非线性现象——负法向力和应力硬化现象,并采用了MITLaos分析软件。MITLaos软件是由MIT的LAOS研究活跃分子McKinley组开发的Matlab插件,我前几个月也搞了一份准备用在我的研究中。这篇文章是我看到的第一篇用MITLaos软件的Paper。

这一期另一篇让我感兴趣的文章(J. Phys. Chem. B 2009, 113, 3920-3931)是关于高分子流体中发生的自组装现象的研究。自组装如果在高分子介质内发生,将对高分子相平衡产生影响。其实,在一高分子相中引发另一高分子的聚合所导致的相分离(namely, Polymerization-Induced Phase Separation)早就为人所熟悉,常规塑料HIPS(高抗冲聚苯乙烯)就是一个例子。新的兴趣点来自把Polymerization改成Self-assembly。把“聚合”换成“自组装”的思想早就体现在目前比较热门的所谓“超分子聚合物”(supramolecular polymers)研究中了,但是这篇paper所代表的是一个更加宏大的思想,把“超分子聚合物”参照传统高分子物理学科的内容——拓展到溶液、相变、转变和力学性能等等,“橡胶增韧塑料”和“塑料增强橡胶”等等老话题又有了新的理论内涵。超分子化学把“键”这个化学基本概念乘以了1.5,整个化学的研究可能就要乘以10。

一般人不太留意生活中的流变学现象

我自己是研究高分子流变学的。那么,我是不是就可以向大家介绍一下流变学呢?但是,流变学这回事,对一般人来说既陌生又熟悉,不容易找到切入口。

说熟悉,是因为每当一个家庭主妇在做蛋花汤之前熟练地用筷子打鸡蛋的时候,就是在进行着一项非牛顿流体的动态力学实验;当人们品味着一颗高级巧克力的“口感”时候,就是评估巧克力在大剪切场(咀嚼)下的粘弹性。还有更多的例子,例如兰州拉面和拔丝地瓜。在食品和化妆品中所有的使用体验,可以说都其实是流变学性质,每一位精明的女性都很大程度上是流变学专家。

但是,流变学研究毕竟不是办美容杂志,流变学家也不是一些食家。它的任务是研究这些流变现象的原因和规律,上升到理论,为生产企业提供指导。一般人平时熟悉这些现象,但很少人把它们当成类似“水分蒸发”或“食盐溶解”那样的“科学现象”,不觉得这里面有什么科学内容。大家对这些流变现象也已经司空见惯了。而且,物质的流变学性质,对生活用品的使用过程影响往往不大,其涉及的最多就是“口感滑不滑”之类的消费体验,大多数情况下不是决定用口质量的主要因素。

流变学变得很重要的地方其实是高分子制口的生产企业。在塑料、橡胶和化纤生产过程中,都是把原材料熔融成“胶”,不断地搅拌、挤出以便混进必须的添加剂。在此过程中,如果不注意材料的流变学性质,不仅出来的产品容易出毛边、回缩变形、或者颜色不匀等问题,甚至在生产过程的半路中途出毛病,以至损坏机器设备。流变学是高分子制品工程师和技术人员的必修课。我们常常感到名牌电器外壳往往形状统一、表面光滑、配合精确、色调高尚,而“山寨”产品的外壳则参次不齐,看上去就显得低档。这是因为大型厂商在生产中更重视学习和利用流变学知识的结果。

因此,流变学的知识,就算走出实验室,也就止步于工厂,一般大众很难体会到它的重要性。

我的博士课题的科普介绍

我的博士课题的科普介绍

我在这里介绍一下我的博士课题的背景。

自相似——大自然的艺术

Why is geometry often described as ‘cold’ and ‘dry’? One reason lies in its inability to describe the shape of a cloud, a mountain, a coastline or a tree. Clouds are not spheres, mountains are not cones, coastlines are not circles, and bark is not smooth, nor does lightning travel in a straight line.

为什么几何学常被认为是“冷酷”、“枯燥”?其中一个原因就是它无法描述云彩、山峦、海岸、树木——我们美丽的大自然。云朵不是一些球形,山峦不是一些圆锥,岛屿不是一些圆形,树皮是不光滑的,闪电也不沿一条直线。

–B. Mandelbrot


Koch曲线

自相似性是指每一任意小的局部的形状都与整体相同,例如,Koch曲线就是一个自相似性的图形。 在自然界中,许多自发生长的结构都具有自相似性。以下是一些自然界的自相似结构:


树叶


青苔
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