椭球胶体在圆球胶体体系中扩散行为的实验研究

摘要

复杂受限介质中的扩散行为在自然界是普遍存在的, 与其相关的研究涉及物理学、材料科学和生物学等多学科领域, 受到了这些领域研究者们的广泛关注. 然而, 相比于众多的圆球受限扩散研究, 对形状各向异性的粒子在复杂受限介质中的扩散行为的研究依然比较匮乏. 本文提出了一个简单的软物质实验模型—胶体椭球与圆球混合体系, 来研究形状各向异性的椭球在圆球的受限环境下的扩散行为. 通过描述椭球的运动轨迹和计算粒子的均方位移、范霍夫自关联函数以及非高斯参量, 发现随着圆球浓度的增大, 椭球的平动和转动都被抑制, 出现次扩散行为; 并且, 平动和转动的位移分布也展现出不同的演化行为, 表明这两种运动在高浓度下会发生解耦合. 此外, 在不同圆球浓度下, 椭球都趋向于沿自身长轴方向扩散, 因此在沿长轴和短轴方向的平动受到的受限作用的影响也不同, 导致二者也发生解耦合行为. 综上所述, 受限环境会导致各向异性胶体粒子出现反常扩散行为. 本文的研究有助于理解复杂环境中各向异性物体的扩散和输运行为.