软物质或称软凝聚态物质，是处于固体和理想流体之间的复杂态物质，它的基本特性是对外界微小作用的敏感性、非线性响应、自组织行为等。可想而知，一个软物质系统在外场的作用下会产生一些奇妙的现象，事实就是这样。
通过实验和计算机模拟手段，科学家们通过对软物质系统外加电场或者磁场等作用研究了一系列软物质性质，例如电流变液、磁流变液、纳米系统中受限水相变、纳米管中水分子输运等，这对工业生产和生命系统的研究都有重大意义。
铁磁流体是一种在磁场存在时剧烈极化的液体，由悬浮于载流体当中纳米数量级的铁磁微粒组成，其载流体通常为有机溶液或水。铁磁微粒由表面活性剂包裹，以防止其因范德华耳斯力和磁力作用发生凝聚。尽管被称为铁磁流体，但它们本身并不表现铁磁性。这是因为在外部磁场不存在的情况下，铁磁流体无法保持磁性。由于外界磁场的作用，电磁流体颗粒形成的偶极子会与外场的方向一致，并使得铁磁流体结构变为各向异性。颗粒在外场作用下头尾相互吸引，最终形成链状结构[2]。
如果在铁磁流体中加入无磁性的颗粒，这种流体称为逆铁磁流体。我们通过对系统外加不均匀的磁场来研究磁作用力，发现这种作用力受到系统晶格类型、体积分率、几何形状、无磁性颗粒导电性及外场频率的影响[3]。
大家都知道，电场和磁场在物理上具有很多相似性。因此，电场对于软物质的作用也有很多奇异的现象出现。
生物细胞和胶质颗粒都是性质不均匀的颗粒[4]。在一个样品中，生物细胞之间和胶质颗粒之间电相互作用的研究在工业和生命科学上都有重要意义。电场对于颗粒的影响会让颗粒产生电偶极子，并使之沿电场方向有序排列。
另外，电场会打破自然界中本已稳定的一些平衡，发生新的现象。皮克林乳液是由吸附到两相界面的固体微粒（如胶体二氧化硅）稳定的乳浊液。一般情况下，如果油和水混合，则小油滴形成并分散于水中，最终液滴聚集融合以降低系统能量，趋于稳定。但是如果固体离子被加入到混合物当中，它们将被结合到界面的表面防止液滴聚合，从而使乳浊液稳定。那么在电场作用下会是什么情况呢？是否可以让界面内的物质冲破固体颗粒的阻碍与同伴们聚合呢？答案是肯定的！
图4．35．1中（a）为有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）颗粒包裹水的结构图；图（b）为水表面固体颗粒的排布图，箭头标注为包裹表面的破缺；图（c）为实验示意图，将两个由固体颗粒包裹的水样品置于油中，在两端加电，并串联示波器观测电信号；如图（d）所示，在不加外界电场的时候，水很稳定地被包裹在固体颗粒内；图（e）中由于外加电场的作用，水透过包裹表面的破缺相互聚合，在两个样品之间搭成一条水桥[5]。(www.xing528.com)
总之，软物质在外场作用下的奇异性质，值得进一步挖掘。
图4．35．1 皮克林溶液水桥建立的实验示意图
[1]此文作者为聂国熹，撰写此文时聂国熹是我课题组的博士生；录于此处时我做了一些小修改。
[2]J．P．Huang，Z．W．Wang and C．Holm．Physical Review E，2005（71）：061203．
[3]Y．Gao，Y．C．Jian，L．F．Zhang and J．P．Huang．The Journal of Physical Chemistry C，2007（111）：10785．
[4]W．J．Tian，J．P．Huang and K．W．Yu．Journal of Applied Physics volume，2009 （105）：102044．
[5]G．Chen，P．Tan，S．Y．Chen，J．P．Huang，W．J．Wen and L．Xu．Physical Review Letters，2013（110）：064502．
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