德熱納

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"有人給軟物質物理的定義是沒有量子力學的凝態物理

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德熱納1932年生於巴黎,生前是法國科學院院士。於2007年5月18日因病逝世,享年74歲。他的研究領域十分廣泛,涉及物理、化學以及生物學多個方面。他於1974年編著的《液晶物理學》一書至今仍是該領域的權威著作。德熱納晚年熱衷於科普工作。
德熱納1932年5月24日出生於法國巴黎。1957年獲博士學位。1955年~1961年在法國薩克原子能委員會、美國加州大學伯克利分校從事中子散射與磁性物質研究,1961年~1971年任巴黎大學教授,1971年起任法蘭西公學物理教授,1976年起任巴黎理化學院院長。
1991年,諾貝爾獎獲得者、法國物理學家德熱納(P. G. De Gennes)在諾貝爾獎授獎會上以“軟物質”為演講題目,用“軟物質”一詞概括複雜液體等一類物質,得到廣泛認可。從此軟物質這個詞逐步取代美國人所說的“複雜流體”,開始推動一門跨越物理,化學,生物和材料科學三大學科的交叉學科的發展。
軟物質如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質、生命體系等,在自然界、生命體、日常生活和生產中廣泛存在。它們與人們生活息息相關,如橡膠、墨水、洗滌液、飲料、乳液及藥品和化妝品等等;在技術上也有廣泛套用,如液晶、聚合物等;生物體基本上由軟物質組成,如細胞、體液、蛋白、DNA等。
在我們日常所說的“軟”的概念里,主要的特徵就是容易形變。在軟物質這個名詞里也有類似的含義。對於軟物質德熱納給出一個重要的特徵:弱力引起大變化。在他的科普作品《軟物質與硬科學》一書中以橡膠為例,說明了軟物質的性質。
放進一點硫,液態的橡膠樹就變成了固態的橡膠;一點骨膠可以使墨汁多年不變質;一點滷汁使豆漿變成豆腐;非常微弱的電流,就能使液晶從透明變成不透明。
這些現象告訴我們:你只須施加微小的作用,軟物質的形狀和性質就會大變。純天然的橡膠乳液氧化形成了固化的橡膠,但這種橡膠非常不結實,很容易就會因為空氣的繼續氧化而破碎。而將天然橡膠硫化之後就變得非常的耐用,不容易破碎。
有人給軟物質物理的定義是沒有量子力學的凝態物理, 這樣定義當然包含很廣的領域, 我們常引的定義是系統的能量範圍是幾 kBT (熱動能, 室溫300K 時約為 0.025 eV).
一般而言這個領域研究的系統有膠體粒子(colloidalsuspensions), 高分子(polymers), 表面活性劑(surfactants),這些系統的特徵就是它們是所謂的中觀尺度(mesoscopic) -- 比小分子如水(約0.3 nm)還大,而比裝的容器還小 - 從幾納米(nm)到微米(mm)尺度. 這些系統有個驚人的特性, 就是能自組裝(self-assemble)成更複雜的結構. 而很多自組裝的相變化是普遍的, 與組成分子的化學結構無關. 因此物理學家注意到這些系統, 企圖了解裡面的機制.
在國外, 這是一個很活躍的領域, 並且跨了很多科系--研究人員有在物理系, 化工系, 材料系, 機械系, 生物工程, 醫工,..等. 而這領域的邊界還不停的在拓展, 其中一個值得注意的延伸是生物物理, 一般生物系統的尺度正是軟物質研究的尺度, 蛋白質是一種 colloidal suspension, DNA 是 polymer, lipids 是 surfactants。

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