軟物質科學精要：基於“當代牛頓”德熱納的研究與教學風格

第1章 導言001
1.1軟物質的誕生001
1.1.1何為軟物質001
1.1.2軟物質研究風格002
參考文獻004
1.2概述004

第2章 軟物質006
2.1介觀複雜體系006
2.1.1介觀尺度006
2.1.2無序006
2.1.3拓撲學和幾何學007
參考文獻010
2.2破碎結構物體010
2.2.1弱相互作用010
2.2.2強烈的響應011
2.2.3軟物質與生物學012
參考文獻013
2.3范德華力013
2.3.1范德華相互作用的分類和範圍013
2.3.2兩介質之間的范德華相互作用014
參考文獻017
2.4靜電相互作用017
2.4.1表面電荷的起源018
2.4.2靜電雙層018
2.4.3荷電板之間的斥力019
2.4.4DLVO理論：膠體懸浮液和皂膜的穩定性020
參考文獻022
2.5精密控制和微流體022
2.5.1力探針022
2.5.2微流體-MEMS和芯片實驗室024
參考文獻026

第3章 相變027
3.1純物質的物理轉變027
3.1.1單組分體系027
3.1.2二元混合物030
3.1.3液-氣轉變和A-B相分離的比較030
參考文獻033
3.2臨界現象：從鐵磁性到液晶033
3.2.1磁性轉變：序參數和臨界指數033
3.2.2臨界指數的定義035
3.2.3大漲落給出大響應：漲落耗散理論035
3.2.4擴展到其他轉變036
3.2.5結論037
參考文獻038
3.3相轉變模型：靜態理論038
3.3.1唯象理論038
3.3.2標度律：重整化群理論041
參考文獻044
3.4臨界現象動力學：“z”指數044
3.4.1Van Hove近似045
3.4.2動態標度律046
3.4.3線性響應理論049
參考文獻050

第4章 界面051
4.1膠體體系：分類和製備051
4.1.1一般特點051
4.1.2分類051
4.1.3分散體系的製備053
4.2毛細現象和表面張力053
4.2.1表面張力054
4.2.2拉普拉斯公式（1805年）056
4.2.3毛細黏附058
參考文獻058
4.3毛細現象和重力058
4.3.1毛細長度059
4.3.2毛細上升——Jurin定律060
4.3.3彎月面060
4.3.4液滴的形狀061
4.4潤濕062
4.4.1鋪展係數S063
4.4.2部分潤濕：S＜0063
4.4.3 潤濕：S＞0064
4.4.4從潤濕到黏附065
參考文獻066
4.5潤濕的物理化學——Zisman判據和表面處理066
4.5.1潤濕判據：鋪展參數的符號066
4.5.2表面處理067
4.5.3表面表徵——Zisman臨界張力068
4.5.4潤濕判據——Hamaker常數的符號068
參考文獻069
4.6潤濕動力學069
4.6.1毛細速度069
4.6.2動力學：部分潤濕070
4.6.3動力學： 潤濕073
4.6.4星球大戰的應用：彎月面的力量073
參考文獻075
4.7脫濕：液膜回縮075
4.7.1定義075
4.7.2支撐膜的脫濕：膜穩定性076
4.7.3脫濕動力學077
4.7.4應用：黏性氣泡的產生與消滅079
參考文獻081

第5章 液晶083
5.1液晶概述083
5.1.1發現與探索083
5.1.2向列型液晶084
5.1.3膽甾型液晶085
5.1.4近晶型液晶086
5.1.5熱致型液晶和溶致型液晶086
5.2向列型液晶086
5.2.1向列型液晶的彈性：Frank-Oseen理論086
5.2.2單疇樣品的製備087
5.2.3磁場中的分子排列：Fredericks轉變087
5.2.4電場中的分子排列：顯示應用089
5.2.5向列型液晶的織構089
參考文獻091

第6章 表面活性劑092
6.1兩親分子092
6.1.1兩親分子的分類092
6.1.2表面活性劑在界面的作用093
6.1.3水中的自組裝和聚集093
6.1.4水-油乳液和親水-親油平衡094
6.2兩親分子的單分子膜095
6.2.1不溶性膜095
6.2.2可溶性膜098
參考文獻099
6.3皂泡膜——氣泡和泡囊099
6.3.1皂膜、氣泡和泡沫100
6.3.2脂質雙層膜：泡囊和活細胞102
參考文獻103

第7章 聚合物104
7.1聚合物：巨大的分子104
7.1.1化學合成104
7.1.2多分散性106
7.1.3立體化學無序106
7.1.4玻璃化轉變溫度106
7.1.5聚合物類別107
7.1.6應用：聚電解質的千層酥107
參考文獻110
7.2理想的柔性鏈110
7.2.1末端距110
7.2.2高斯線團、熵庫111
7.2.3熵彈簧111
7.2.4偏離理想行為112
7.2.5聚合物的分子量和尺寸測量113
7.3溶脹鏈114
7.3.1排除體積114
7.3.2Flory的計算115
7.3.3維數d的推廣116
7.3.4n=0的定理116
7.3.5溶脹鏈的彈性117
參考文獻117
7.4聚合物溶液118
7.4.1三個區域118
7.4.2Flory-Huggins模型119
7.4.3標度律和 “鏈滴”模型120
7.4.4聚合物溶液中的相轉變122
參考文獻124
7.5界面處的聚合物 125
7.5.1歷史背景：從印度墨水到聚合物電暈125
7.5.2吸附聚合物：自相似網格126
7.5.3排空：絮凝、尺寸排除色譜法129
7.5.4化學接枝：聚合物鏈刷132
7.5.5結語134
參考文獻134
7.6聚合物熔體動力學：蛇行模型134
7.6.1黏彈性135
7.6.2蛇行模型137
7.6.3自擴散實驗138
7.6.4蛇行可視化：利用巨型聚合物的一個實驗139
7.6.5帶電和中性聚合物鏈的分離140
參考文獻141
7.7聚合物溶液動力學141
7.7.1單鏈動力學141
7.7.2聚合物溶液漲落動力學：協同擴散係數144
參考文獻147

第8章 日常生活中的軟物質148
8.1自清潔表面：從荷葉到鯊魚皮膚148
8.1.1天然防汙機制149
8.1.2粗糙表面上的潤濕149
8.1.3自清潔過程150
8.1.4工程自清潔表面150
參考文獻150
8.2分子烹飪和細胞生物學中的水凝膠珠粒151
8.2.1球形化和分子烹飪151
8.2.2藻酸鹽水凝膠的形成151
8.2.3組織工程和腫瘤學中的應用152
參考文獻153
8.3像蜘蛛和蜥蜴一樣在水上行走153
8.3.1水上休息：當表面張力抵消重量時153
8.3.2輕巧水蜘蛛的運動154
8.3.3笨重蜥蜴的運動155
參考文獻155
8.4像壁虎一樣爬牆155
8.4.1壁虎的表現與分泌物的機制155
8.4.2壁虎的分層黏附結構156
8.4.3附著力的測量157
8.4.4仿生壁虎157
參考文獻157
8.5植物的毛細作用157
8.5.1樹木中的汁液上升和空化現象157
8.5.2真菌孢子的表面張力推進158
參考文獻159
8.6廚房中的液滴159
8.6.1液滴的蒸發159
8.6.2液滴的懸浮160
8.6.3液滴的自推進161
8.6.4運動的水滴161
參考文獻162
8.7從皂泡到颶風162
8.7.1Rayleigh-Be＇nard不穩定性162
8.7.2皂泡中的氣旋形成163
8.8彈性橡皮泥164
8.8.1歷史背景164
8.8.2唯象學模型164
8.8.3微觀解釋166
參考文獻166

第9章 技術中的軟物質167
9.1抗反射膜167
9.1.1Katharine Blodgett的發現167
9.1.2抗反射塗料的工作原理167
9.1.3技術進步和自然靈感168
參考文獻169
9.2基於向列相液晶的人工肌肉169
9.2.1肌肉和人工肌肉的概述169
9.2.2基於pH值的化學肌肉169
9.2.3德熱納的向列肌170
9.2.4亞快速人工肌肉的製造171
參考文獻171
9.3油漆的魔力172
9.3.1膠乳粒子概述172
9.3.2膠乳的黏度172
9.3.3漆膜的形成172
9.3.4紙張塗層174
參考文獻174
9.4彩虹服174
9.4.1什麼是光子晶體?175
9.4.2自然界中的光子結構175
9.4.3彩虹服176
參考文獻177

第10章 生物學中的軟物質178
10.1DNA的彈性和壓縮性178
10.1.1如何測量聚合物單鏈的彈性?178
10.1.2DNA的彈性性質179
10.1.3細胞核DNA調節之謎：組蛋白的作用180
參考文獻182
10.2藥物載體：脂質體和聚合物泡囊182
10.2.1靶向給藥載體的一般要求182
10.2.2刺激響應性聚合物泡囊183
參考文獻185
10.3生物膜或仿生膜185
10.3.1生物膜的組成185
10.3.2脂質雙分子層的物理性質：模擬和實驗187
10.3.3微脂囊的形態190
參考文獻192
10.4細胞骨架聚合物192
10.4.1不同類型的蛋白質絲192
10.4.2剛性194
10.4.3動力學196
參考文獻198
10.5生物組織和活性軟物質199
10.5.1作為液體的多細胞聚集體199
10.5.2多細胞聚集體的潤濕201
10.5.3作為泡沫的多細胞聚集體202
10.5.4多細胞聚集體的特殊材料特性202
參考文獻202
10.6纏結活性物質203
10.6.1定義203
10.6.2自黏螞蟻203
10.6.3螞蟻球的力學性質204
10.6.4螞蟻球的潤濕204
10.6.5應用205
參考文獻205

第11章 結語206
參考文獻207

附錄西文人名中譯對照208

主題詞索引209