软物质的特性及其应用

软物质的特性及其应用（()$$$#）康彬彬!福建农林大学食品科学学院

摘用。

关键词

软物质

特性

应用

要

庞杰

陈团伟

介绍了软物质的奇异特性———弱力引起强变化，并例举了软物质在显示技术和智能材料上的应

软物质是最近几年诞生的新兴学科，在美国被

“复杂流体”称为。&’’&年诺贝尔物理学奖得主热纳将软物质作为其获奖演讲的题目

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其经硫化处理后却能成为坚固耐用的材料。热纳指只有&个原子与出，天然橡胶的每#$$个碳原子中，

硫发生反应。尽管化学作用如此微弱，却足以使物质的物理性质发生从液态到固态的巨大变化，胶汁变成橡胶，即证明了有些物质会因微弱的作用而改变状态，这就是软物质的奇异特性———弱力引起强变化。

凡是软物质只要提供相对微弱的作用力，它们就可以发生改变———从形状到性质的改变。人们不难理解为什么一颗纽扣电池可以驱动液晶手表工作几年；几滴洗洁精会产生一大堆泡沫……。生物系统的神奇之处也体现在这里：人们的肉眼能够感受到几千光年之遥的星系发出的光；一条嗅觉灵敏的狗，可以根据脚印中残留的气味跟踪某个人，并且在闹市中把这个人的踪迹跟其他人区别开来。所以生物系统展示着软物质的本质。

由于软物质的状态是介于液体和理想固体之间，简单液体中分子可自由地流动，仅受容器限制；理想固体中的分子在固定位置附近热运动，不可改产缺乏相应的指引和评价，制约了高静压食品的推广。

当然，高静压食品的概念进入我国的时间还较短，研究还欠深入。相信随着我国食品工业的进一步发展，高静压处理技术具有的各种优点不断得到开发和显现，势必在食品加工和开发中得到广泛的应用。加快高静压技术的开发和应用，是我们抓住机遇，在国内外食品市场竞争中占据有利地位的必由之路。\"

，提出了软物质

的研究$#%。软物质是指处于固体和理想流体之间的物质，一般由大分子或基团组成，如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系物质等，它们在自然界、生命体、日常生活和生产中普遍存在。国际上许多研究机构均在大力开展软物质的研究，在国外的物理教科书中已经有了软物质的内容，而国内则尚未见到。

&软物质的奇异特性

与金属、半导体、陶瓷等硬物质相比，软物质之

“软”所以称为，是因为没有固体那样的硬结构。它对相对弱的外界影响，比如物质组成或结构的微小变化，比如施加于物质之上的瞬间或微弱的刺激等，都能做出相对显著的响应和变化，即具有弱影响强响应的特征$(%。

物理学家热纳以橡胶为例，说明了软物质的奇异特性$!%。天然的橡胶在空气中易被氧化而破碎，但程力学试验和冶金、锻造等行业，需经改装或改造后用于食品加工。设备笨重，工作容量较小，不能实现连续化生产，造价高等因素大大限制了高静压食品的研究与开发。

三是高静压食品相应的食品法规和标准还未建立。目前我国食品法规的标准参数都是以热处理为基础的，这就使得以高静压处理为基础的食品开发和生

现代商贸工业#$$!年第%期!\"

新科技

变序列，因此软物质兼有液体的热涨落行为和固体的强束缚自组织特性。

化作出响应的特性，所以它也可以用于智能材料的制备上。水凝胶是软物质中的一种，近年来作为智能材料的高分子水凝胶的研究和开发工作活跃

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#软物质的应用

软物质的运动规律与普遍固体、液体和气体大

。水

凝胶为亲水性但不溶于水的聚合物，它可响应温度、+,值、电场或化学物质的变化而发生溶胀或收缩$-%，从而感知周围环境的变化。目前研究人员已研制出一种随着场的变化而释放药物或生物分子的凝胶。当电流接通时，胰岛素从由弱交联聚电解质凝胶中渗出；而当电流断开时，这种流动立即停止。科研人员$-%利用不同水凝胶的组合精心设计了多种形状记忆复合材料。在刺激时，这些材料可以弯曲成预先设定的各种形状，当刺激消失后，材料又恢复为原来的形状。据此，设计制作了可抓取东西的凝胶手和其它凝胶器件。高分子的软物质特性还可用于分子器件、调光材料、生物医学等方面。

不相同，其组成和结构的多样性、相互作用的复杂性及其奇特的性质有着丰富的物理内涵，因此，软物质的提出引起人们极大的关注，成为凝聚态物理研究的重要前沿领域，同时有关软物质的应用也成为了热点之一。根据软物质弱影响强响应的特征，目前它们已被广泛用于液晶显示器及智能材料上。#&’

液晶与液晶显示

液晶已是一种被广泛应用的软物质。因为这类物质的力学性质像液体，具有液体的流动性；它的光

学性质像晶体，具有晶体的有序性，因此被称为“液晶”。液晶的奇妙得益于其分子融有软硬截然不同的而分为热致液晶与溶致液晶$!%。热致液晶是因温度而异出现液晶态，如手表、液晶电视、电脑的液晶显示屏等。热致液晶按分子组织和排列宏观对称性的有序程度又可分为向列相、胆甾相、近晶相三种。溶致液晶是将某些物质溶于另一种物质时形成的液晶态。对亲分子多属溶致液晶，肥皂水是一种典型的溶致液晶，很多生物体的构造如大脑、神经、肌肉、血液等生命物质或生命的新陈代谢都与这种液晶有关。液晶的发现促进了信息时代科技的迅猛发展。利用液晶在电场作用下的流动不稳定性，科学家们发明了液晶显示技术。用作液晶显示器工作的介质是向列相液晶，在两块镀有透明导电电极的玻璃间夹一涂层（厚度为’$!(左右）分子按螺旋方式排列的向列型液晶，当电极间未加电压时，液晶分子呈平行排列，液晶盒是透明的；当外加几伏低电压时就可以控制和改变盒内液晶分子的排列，液晶盒变成浑浊的，就像磨砂玻璃一样；去掉外电压，盒子又立即恢复透明。这种现象称为动态散射。它是液晶显示器的基本原理#&#

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性质。根据它所含的成分不同，是单一或者多组分，.小结

软物质具有弱影响强响应的特征，它可感知周

围环境的变化，根据这一特性液晶显示器、智能材料相继被开发出来。软物质对信息时代作出了巨大的贡献。从物质划代角度来#’世纪是生命科学的世纪，

看，这也是软物质的世纪。如果没有软物质，生命也不复存在。软物质的研究目前作为凝聚态物理学的一个前沿领域，无论国外还是国内都处于起步发展阶段。由于软物质的研究对生命科学和材料科学等具有重要的科学意义和应用价值，其未来发展趋势不可低估。

参考文献’#.!)%*\"-/010220341&52607890(:2;’--#>.’?\"!#/010220341&@07AB/49C3>’--#>%!D.E?%!)谢封超，张青岭，刘结平，何天百&高分子的软物质特刘海兰，于明章，吴於人等&硬物质与软物质&物质赵芳翠，杨会杰，贾秀敏等&液晶在交叉学科中的发王锦成，李光，杨胜林等&高分子材料的智能性及其姚康德，彭涛，高伟&智能性水凝胶&高分子通报，刘文广，姚康德，戚务勤&水凝胶研究的最新进展&房喻，胡道道，崔亚丽&智能型高分子水凝胶的应用

性&高分子通报，#$$’>#：)$F))（’’）与工程，：#$$’>)!\"F)#

（’)）：展&河北工业大学成人教育学院学报，#$$$>.!F*（’%）应用&合成技术及应用，：#$$’>!’*F#’’--!>#：’$.F’’’

（’\"）高分子材料科学与工程&#$$#，：)))F)*研究现状&高技术通讯，#$$’>.：’$*F’’$\"

。这种显示器消耗的能量微乎其微。

智能材料

智能材料是能够感知环境变化（传感或发现的

功能），通过自我判断和自我结论（思考或处理的功（执行的功能）能），实现自我指令和自我执行的新型材料，如具有形状记忆功能的镍钛合金、压电陶瓷等。它与普通功能材料的区别是具有响应性，与情报信息和仿生密切相关!\"

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。由于软物质具有对外界变

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