软物质的特性及其应用.pdf

新科技

软物质的特性及其应用

!福建农林大学食品科学学院（()$$$#）康彬彬庞杰陈团伟

摘要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
用。
关键词软物质特性应用

软物质是最近几年诞生的新兴学科，在美国被其经硫化处理后却能成为坚固耐用的材料。热纳指
称为“复杂流体”。&’’&年诺贝尔物理学奖得主热纳出，天然橡胶的每#$$个碳原子中，只有&个原子与
将软物质作为其获奖演讲的题目$&%，提出了软物质硫发生反应。尽管化学作用如此微弱，却足以使物质

的研究$#%。软物质是指处于固体和理想流体之间的的物理性质发生从液态到固态的巨大变化，胶汁变
物质，一般由大分子或基团组成，如液晶、聚合物、胶成橡胶，即证明了有些物质会因微弱的作用而改变
体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系物质等，它们在自状态，这就是软物质的奇异特性———弱力引起强变
然界、生命体、日常生活和生产中普遍存在。国际上化。
许多研究机构均在大力开展软物质的研究，在国外凡是软物质只要提供相对微弱的作用力，它们
的物理教科书中已经有了软物质的内容，而国内则就可以发生改变———从形状到性质的改变。人们不
尚未见到。难理解为什么一颗纽扣电池可以驱动液晶手表工作
&软物质的奇异特性几年；几滴洗洁精会产生一大堆泡沫⋯⋯。生物系统
与金属、半导体、陶瓷等硬物质相比，软物质之的神奇之处也体现在这里：人们的肉眼能够感受到
所以称为“软”，是因为没有固体那样的硬结构。它对几千光年之遥的星系发出的光；一条嗅觉灵敏的狗，
相对弱的外界影响，比如物质组成或结构的微小变可以根据脚印中残留的气味跟踪某个人，并且在闹
化，比如施加于物质之上的瞬间或微弱的刺激等，都市中把这个人的踪迹跟其他人区别开来。所以生物
能做出相对显著的响应和变化，即具有弱影响强响系统展示着软物质的本质。

应的特征$(%。由于软物质的状态是介于液体和理想固体之
物理学家热纳以橡胶为例，说明了软物质的奇间，简单液体中分子可自由地流动，仅受容器限制；

异特性$!%。天然的橡胶在空气中易被氧化而破碎，但理想固体中的分子在固定位置附近热运动，不可改

程力学试验和冶金、锻造等行业，需经改装或改造后产缺乏相应的指引和评价，制约了高静压食品的推广。
用于食品加工。设备笨重，工作容量较小，不能实现连当然，高静压食品的概念进入我国的时间还较
续化生产，造价高等因素大大限制了高静压食品的研短，研究还欠深入。相信随着我国食品工业的进一步
究与开发。发展，高静压处理技术具有的各种优点不断得到开发
三是高静压食品相应的食品法规和标准还未建和显现，势必在食品加工和开发中得到广泛的应用。
立。目前我国食品法规的标准参数都是以热处理为基加快高静压技术的开发和应用，是我们抓住机遇，在
础的，这就使得以高静压处理为基础的食品开发和生国内外食品市场竞争中占据有利地位的必由之路。"

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化作出响应的特性，所以它也可以用于智能材料的
的强束缚自组织特性。制备上。水凝胶是软物质中的一种，近年来作为智能
#软物质的应用材料的高分子水凝胶的研究和开发工作活跃$*%。水
软物质的运动规律与普遍固体、液体和气体大凝胶为亲水性但不溶于水的聚合物，它可响应温度、
不相同，其组成和结构的多样性、相互作用的复杂性+,值、电场或化学物质的变化而发生溶胀或收缩$-%，
及其奇特的性质有着丰富的物理内涵，因此，软物质从而感知周围环境的变化。目前研究人员已研制出
的提出引起人们极大的关注，成为凝聚态物理研究一种随着场的变化而释放药物或生物分子的凝胶。
的重要前沿领域，同时有关软物质的应用也成为了当电流接通时，胰岛素从由弱交联聚电解质凝胶中
热点之一。根据软物质弱影响强响应的特征，目前它渗出；而当电流断开时，这种流动立即停止。科研人
们已被广泛用于液晶显示器及智能材料上。员$-%利用不同水凝胶的组合精心设计了多种形状记
#&’液晶与液晶显示忆复合材料。在刺激时，这些材料可以弯曲成预先设
液晶已是一种被广泛应用的软物质。因为这类定的各种形状，当刺激消失后，材料又恢复为原来的
物质的力学性质像液体，具有液体的流动性；它的光形状。据此，设计制作了可抓取东西的凝胶手和其它
学性质像晶体，具有晶体的有序性，因此被称为“液凝胶器件。高分子的软物质特性还可用于分子器件、
晶”。液晶的奇妙得益于其分子融有软硬截然不同的调光材料、生物医学等方面。
性质。根据它所含的成分不同，是单一或者多组分，.小结
而分为热致液晶与溶致液晶$!%。热致液晶是因温度软物质具有弱影响强响应的特征，它可感知周
而异出现液晶态，如手表、液晶电视、电脑的液晶显围环境的变化，根据这一特性液晶显示器、智能材料