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中國學科發展戰略:上:軟凝聚態物理學 版權信息
- ISBN：9787030591548
- 條形碼：9787030591548 ; 978-7-03-059154-8
- 裝幀：暫無
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
中國學科發展戰略:上:軟凝聚態物理學 內容簡介
軟物質廣泛存在于自然界以及人類的生產生活中，泛指處于固體和理想流體之間的復雜凝聚態物質，如膠體、液晶、高分子等。軟物質以其顯著熵效應、高度非線性以及復雜多樣結構等一系列特性引起了科學界的高度關注。近三十年多來，針對軟物質的基礎研究及應用開發取得了大量重要成果，形成了物理學的一個新的重要分支——軟凝聚態物理學。《中國學科發展戰略·軟凝聚態物理學（上）》匯集國內外數十位專家，對當前該領域各個主要方向的發展歷史、研究熱點以及未來趨勢進行了詳細介紹，是讀者全面了解軟凝聚態物理學的實用指南。
中國學科發展戰略:上:軟凝聚態物理學 目錄
目錄
總序 i
摘要 v
Abstract xvii
上
**篇 緒論
一、軟物質物理學的科學意義與戰略價值 3
二、軟物質物理學的發展規律和研究特點 5
三、學科的發展現狀與發展態勢 9
四、未來5～10年學科發展的關鍵科學問題、發展思路、發展目標和重要研究方向 12
五、有利于學科發展的有效資助機制與政策建議 24
第二篇 軟物質的理論基礎
**章 軟物質體系的主要理論 29
**節 引言 29
第二節 軟物質理論的背景與現狀 30
一、液晶彈性理論 30
二、鏈彈性理論 31
三、聚合物的自洽場理論 32
四、標度理論 33
五、顆粒物質理論 33
六、軟物質電磁相互作用理論 35
七、自組織現象 36
第三節 前沿問題以及未來重點發展的方向 37
第四節 結語 40
參考文獻 40
第二章 高分子物理理論與模擬 47
**節 引言 47
第二節 學科發展背景和現狀 48
第三節 高分子物理的前沿問題 49
一、嵌段共聚物——納米印刷術及復雜體系自組裝 49
二、高分子體系的多尺度連貫研究 51
三、高分子的結晶動力學 53
四、高分子的玻璃化轉變 56
五、聚電解質體系中的關聯效應 58
六、高分子流變學 61
七、共軛高分子的光電性能 63
八、高分子交聯網絡 64
第四節 未來5～10年重點發展方向 66
第五節 結語 68
參考文獻 69
第三章 蠕蟲狀鏈模型在高分子物理研究中的應用 73
**節 引言 73
第二節 模型產生及發展的學科背景 74
第三節 *近30年研究進展 76
一、高分子液晶相結構及其轉變的研究 78
二、幾何表面對高分子體系的影響 80
三、蠕蟲狀嵌段共聚物自組裝 83
第四節 前沿問題 86
第五節 未來5～10年蠕蟲狀鏈模型的重點發展方向 87
第六節 結語 89
參考文獻 89
第四章 嵌段共聚物中的相和相變 94
**節 引言 94
第二節 學科發展背景和現狀 95
一、嵌段共聚物自組裝行為 95
二、有序-無序相變 96
三、區域構成和尺度選擇 97
四、有序-有序相變與相圖 98
五、相變路徑 99
第三節 嵌段聚合物的前沿問題 100
一、發現和理解多嵌段共聚物體系中的復雜結構 100
二、定向自組裝 101
三、嵌段共聚物結構的相變路徑 102
第四節 未來5～10年重點發展方向 102
一、發展高效方法研究多嵌段共聚物體系的自由能泛函 102
二、發展超越高斯鏈的模型：蠕蟲鏈模型和手性高分子模型 102
三、分子之間相互作用更精確地表示：如硬核勢和庫侖勢相互作用 103
四、理解亞穩態和非平衡態結構的作用 103
五、定向自組裝：外場的影響，氣相蒸發的建模 104
第五節 結語 104
參考文獻 104
第五章 聚合物刷的計算機模擬研究 107
**節 引言 107
第二節 發展歷程 108
一、分子動力學 109
二、蒙特卡羅模擬 109
三、自洽平均場理論方法 110
第三節 *近二三十年的研究進展 111
一、解析自洽場理論 112
二、數值自洽場理論 112
第四節 學科前沿問題 113
第五節 與實際需求結合的重大問題 114
第六節 未來5～10年學科發展趨勢 115
參考文獻 116
第六章 軟物質中的連續介質力學基礎 119
**節 引言 119
第二節 學科發展背景與現狀 121
一、熵彈性 123
二、超彈性本構關系 126
三、黏彈性本構關系 130
四、多孔彈性介質本構關系 132
五、非牛頓流體本構關系 134
六、本構關系在軟物質中的應用 136
第三節 學科前沿問題 143
第四節 未來5～10年重點發展方向 144
第五節 結語 145
參考文獻 145
第七章 軟物質系顆粒材料擴散行為建模 152
**節 引言 152
第二節 顆粒材料擴散行為建模的研究進展 154
一、復雜幾何顆粒材料重構 155
二、顆粒材料微結構表征 161
三、顆粒材料擴散建模 167
第三節 顆粒材料擴散建模的前沿問題 172
第四節 未來5～10年重點發展方向 173
第五節 結語 174
參考文獻 175
第三篇 軟物質的實驗方法
**章 軟物質實驗方法前沿：單分子操控技術 183
**節 引言 183
第二節 單分子操縱技術及發展歷程 185
一、彈簧限制 186
二、張力限制 187
三、單分子樣品準備 188
四、單分子操控技術的高精度測量 189
五、單分子力學響應的理論分析 191
六、單分子操控技術的應用 193
第三節 未來5～10年學科發展趨勢 196
參考文獻 197
第二章 蛋白質力學特性的單分子力譜研究 199
**節 蛋白質力學的重要性 199
第二節 從物理角度理解蛋白質力學特性 201
第三節 從結構角度理解蛋白質力學特性 204
一、蛋白質力學強度的決定因素 204
二、蛋白質拓撲結構與蛋白質力學強度之間的關系 205
三、如何人工調控蛋白質強度 206
四、蛋白質力學強度與拉伸方向之間的關系 207
第四節 研究蛋白質單分子力學特性的實驗方法 209
第五節 原子力顯微鏡單分子力譜 210
一、原子力顯微鏡單分子力譜的原理 210
二、*新進展（提高穩定性、提高力分辨率、與熒光結合、高速原子力顯微鏡） 211
第六節 界面上的蛋白與固體相互作用 215
第七節 蛋白質力學從單分子到材料 216
參考文獻 218
第三章 單分子熒光技術在生物物理研究中的應用 223
**節 引言 223
第二節 單分子熒光技術的簡單歷史介紹 224
第三節 單分子熒光技術及對比 225
一、單分子熒光的特點 225
二、單分子熒光實現條件 226
三、近場和遠場光學技術 227
四、單分子熒光共振能量轉移譜 229
五、雙光子/多光子激發成像 230
六、光學超分辨單分子熒光成像技術 231
第四節 單分子熒光技術應用 234
一、單分子熒光計數結合力譜技術揭示機械傳感機制 234
二、細胞內直接追蹤基于黏著斑蛋白的踝蛋白拉伸-松弛過程 237
三、活細胞中的基因表達 241
第五節 單分子熒光技術面臨的挑戰及展望 244
參考文獻 245
第四章 攝像顯微技術在實驗軟物質物理中的應用 250
**節 引言 250
第二節 攝像顯微技術 252
第三節 攝像顯微圖像處理 257
第四節 攝像顯微技術的應用與前沿發展 259
一、膠體玻璃化轉變 260
二、膠體結晶 263
三、膠體晶體的熔化 264
四、基于攝像顯微技術的微觀流變學 267
第五節 攝像顯微技術的展望 268
參考文獻 270
第五章 高分子超薄膜表征技術 274
**節 引言 274
第二節 發展歷程 275
第三節 研究進展 276
一、X射線分析技術 276
二、中子分析技術 281
三、其他高分子薄膜表征技術 287
第四節 學科前沿問題 292
第五節 與實際需求結合的重大問題 293
第六節 未來5～10年學科發展趨勢 294
參考文獻 294
第六章 小角散射技術在軟物質表征中的應用 300
**節 引言 300
第二節 發展歷程 302
第三節 小角散射數據分析 303
第四節 *近二三十年的研究進展 304
一、生物大分子 304
二、高分子在膠體顆粒表面的結構 305
三、溶液自組裝結構 305
四、膠體分散體系中的相互作用 306
第五節 學科前沿問題 306
第六節 與實際需求結合的重大問題 307
第七節 未來5～10年學科發展趨勢 308
參考文獻 309
第七章 癌細胞侵襲轉移的實驗方法 311
**節 引言 311
第二節 發展歷程 313
一、癌癥轉移級聯過程模型 313
二、癌癥轉移概念的建立 315
第三節 近二三十年的研究進展 316
一、癌細胞的黏附力學性質研究 316
二、細胞體外侵襲和遷移研究 317
三、腫瘤轉移過程的體外模擬和觀測 321
第四節 學科前沿問題 326
一、癌細胞侵襲研究中需要解決的問題和意義 326
二、從二維平面邁向三維空間 326
第五節 未來5～10年學科發展趨勢 330
參考文獻 331
第四篇 軟物質介觀體系
**章 超分子凝膠與介觀結構 335
**節 引言 335
第二節 發展歷程 337
一、分子凝膠簡介 337
二、超分子凝膠歷史 338
第三節 *近二三十年的研究進展 340
一、超分子凝膠分類 340
二、超分子凝膠介觀網絡及其結構形成的原理 342
三、結構與宏觀性能的關系 349
四、超分子結構分析 352
第四節 學科前沿問題 357
一、超分子材料的設計 357
二、超分子介觀網絡的調控 359
三、超分子材料的雜化與功能化 362
第五節 與實際需求結合的重大問題 364
一、藥物傳輸 365
二、基因傳輸 365
三、生物成像 366
四、光動力治療 366
五、組織工程 367
六、生物傳感器 367
七、超分子在超強力學性能材料領域的應用 367
八、凝膠電解液 368
九、海洋石油污染 368
十、凝膠法大分子的分離 368
第六節 未來5～10年學科發展趨勢 369
參考文獻 370
第二章 手性超分子自組裝與應用 381
**節 引言 381
第二節 發展歷程 382
一、手性分子 382
二、從手性分子到手性超分子 383
第三節 *近二三十年的研究進展 385
一、超分子手性的表征方法 386
二、超分子手性的手性傳遞和放大原則 388
三、手性分子自組裝形成手性超分子結構 390
四、誘導超分子手性 396
五、非手性分子組裝形成手性超分子 399
六、手性超分子材料的性能與應用 401
第四節 手性超分子材料前沿問題和應用需求中的重大問題 408
第五節 未來5～10年學科發展趨勢 410
參考文獻 411
第三章 從“納米原子”到巨型分子 415
**節 引言 415
第二節 巨型分子的發展歷程 416
第三節 巨型分子的前沿問題之一：逆功能分析 420
第四節 巨型分子的前沿問題之二：精密合成 422
一、點擊化學工具庫 422
二、官能化的分子納米粒子基元 424
三、巨型分子精密合成策略 426
第五節 巨型分子的前沿問題之三：可控組裝 427
一、超分子晶
總序 i
摘要 v
Abstract xvii
上
**篇 緒論
一、軟物質物理學的科學意義與戰略價值 3
二、軟物質物理學的發展規律和研究特點 5
三、學科的發展現狀與發展態勢 9
四、未來5～10年學科發展的關鍵科學問題、發展思路、發展目標和重要研究方向 12
五、有利于學科發展的有效資助機制與政策建議 24
第二篇 軟物質的理論基礎
**章 軟物質體系的主要理論 29
**節 引言 29
第二節 軟物質理論的背景與現狀 30
一、液晶彈性理論 30
二、鏈彈性理論 31
三、聚合物的自洽場理論 32
四、標度理論 33
五、顆粒物質理論 33
六、軟物質電磁相互作用理論 35
七、自組織現象 36
第三節 前沿問題以及未來重點發展的方向 37
第四節 結語 40
參考文獻 40
第二章 高分子物理理論與模擬 47
**節 引言 47
第二節 學科發展背景和現狀 48
第三節 高分子物理的前沿問題 49
一、嵌段共聚物——納米印刷術及復雜體系自組裝 49
二、高分子體系的多尺度連貫研究 51
三、高分子的結晶動力學 53
四、高分子的玻璃化轉變 56
五、聚電解質體系中的關聯效應 58
六、高分子流變學 61
七、共軛高分子的光電性能 63
八、高分子交聯網絡 64
第四節 未來5～10年重點發展方向 66
第五節 結語 68
參考文獻 69
第三章 蠕蟲狀鏈模型在高分子物理研究中的應用 73
**節 引言 73
第二節 模型產生及發展的學科背景 74
第三節 *近30年研究進展 76
一、高分子液晶相結構及其轉變的研究 78
二、幾何表面對高分子體系的影響 80
三、蠕蟲狀嵌段共聚物自組裝 83
第四節 前沿問題 86
第五節 未來5～10年蠕蟲狀鏈模型的重點發展方向 87
第六節 結語 89
參考文獻 89
第四章 嵌段共聚物中的相和相變 94
**節 引言 94
第二節 學科發展背景和現狀 95
一、嵌段共聚物自組裝行為 95
二、有序-無序相變 96
三、區域構成和尺度選擇 97
四、有序-有序相變與相圖 98
五、相變路徑 99
第三節 嵌段聚合物的前沿問題 100
一、發現和理解多嵌段共聚物體系中的復雜結構 100
二、定向自組裝 101
三、嵌段共聚物結構的相變路徑 102
第四節 未來5～10年重點發展方向 102
一、發展高效方法研究多嵌段共聚物體系的自由能泛函 102
二、發展超越高斯鏈的模型：蠕蟲鏈模型和手性高分子模型 102
三、分子之間相互作用更精確地表示：如硬核勢和庫侖勢相互作用 103
四、理解亞穩態和非平衡態結構的作用 103
五、定向自組裝：外場的影響，氣相蒸發的建模 104
第五節 結語 104
參考文獻 104
第五章 聚合物刷的計算機模擬研究 107
**節 引言 107
第二節 發展歷程 108
一、分子動力學 109
二、蒙特卡羅模擬 109
三、自洽平均場理論方法 110
第三節 *近二三十年的研究進展 111
一、解析自洽場理論 112
二、數值自洽場理論 112
第四節 學科前沿問題 113
第五節 與實際需求結合的重大問題 114
第六節 未來5～10年學科發展趨勢 115
參考文獻 116
第六章 軟物質中的連續介質力學基礎 119
**節 引言 119
第二節 學科發展背景與現狀 121
一、熵彈性 123
二、超彈性本構關系 126
三、黏彈性本構關系 130
四、多孔彈性介質本構關系 132
五、非牛頓流體本構關系 134
六、本構關系在軟物質中的應用 136
第三節 學科前沿問題 143
第四節 未來5～10年重點發展方向 144
第五節 結語 145
參考文獻 145
第七章 軟物質系顆粒材料擴散行為建模 152
**節 引言 152
第二節 顆粒材料擴散行為建模的研究進展 154
一、復雜幾何顆粒材料重構 155
二、顆粒材料微結構表征 161
三、顆粒材料擴散建模 167
第三節 顆粒材料擴散建模的前沿問題 172
第四節 未來5～10年重點發展方向 173
第五節 結語 174
參考文獻 175
第三篇 軟物質的實驗方法
**章 軟物質實驗方法前沿：單分子操控技術 183
**節 引言 183
第二節 單分子操縱技術及發展歷程 185
一、彈簧限制 186
二、張力限制 187
三、單分子樣品準備 188
四、單分子操控技術的高精度測量 189
五、單分子力學響應的理論分析 191
六、單分子操控技術的應用 193
第三節 未來5～10年學科發展趨勢 196
參考文獻 197
第二章 蛋白質力學特性的單分子力譜研究 199
**節 蛋白質力學的重要性 199
第二節 從物理角度理解蛋白質力學特性 201
第三節 從結構角度理解蛋白質力學特性 204
一、蛋白質力學強度的決定因素 204
二、蛋白質拓撲結構與蛋白質力學強度之間的關系 205
三、如何人工調控蛋白質強度 206
四、蛋白質力學強度與拉伸方向之間的關系 207
第四節 研究蛋白質單分子力學特性的實驗方法 209
第五節 原子力顯微鏡單分子力譜 210
一、原子力顯微鏡單分子力譜的原理 210
二、*新進展（提高穩定性、提高力分辨率、與熒光結合、高速原子力顯微鏡） 211
第六節 界面上的蛋白與固體相互作用 215
第七節 蛋白質力學從單分子到材料 216
參考文獻 218
第三章 單分子熒光技術在生物物理研究中的應用 223
**節 引言 223
第二節 單分子熒光技術的簡單歷史介紹 224
第三節 單分子熒光技術及對比 225
一、單分子熒光的特點 225
二、單分子熒光實現條件 226
三、近場和遠場光學技術 227
四、單分子熒光共振能量轉移譜 229
五、雙光子/多光子激發成像 230
六、光學超分辨單分子熒光成像技術 231
第四節 單分子熒光技術應用 234
一、單分子熒光計數結合力譜技術揭示機械傳感機制 234
二、細胞內直接追蹤基于黏著斑蛋白的踝蛋白拉伸-松弛過程 237
三、活細胞中的基因表達 241
第五節 單分子熒光技術面臨的挑戰及展望 244
參考文獻 245
第四章 攝像顯微技術在實驗軟物質物理中的應用 250
**節 引言 250
第二節 攝像顯微技術 252
第三節 攝像顯微圖像處理 257
第四節 攝像顯微技術的應用與前沿發展 259
一、膠體玻璃化轉變 260
二、膠體結晶 263
三、膠體晶體的熔化 264
四、基于攝像顯微技術的微觀流變學 267
第五節 攝像顯微技術的展望 268
參考文獻 270
第五章 高分子超薄膜表征技術 274
**節 引言 274
第二節 發展歷程 275
第三節 研究進展 276
一、X射線分析技術 276
二、中子分析技術 281
三、其他高分子薄膜表征技術 287
第四節 學科前沿問題 292
第五節 與實際需求結合的重大問題 293
第六節 未來5～10年學科發展趨勢 294
參考文獻 294
第六章 小角散射技術在軟物質表征中的應用 300
**節 引言 300
第二節 發展歷程 302
第三節 小角散射數據分析 303
第四節 *近二三十年的研究進展 304
一、生物大分子 304
二、高分子在膠體顆粒表面的結構 305
三、溶液自組裝結構 305
四、膠體分散體系中的相互作用 306
第五節 學科前沿問題 306
第六節 與實際需求結合的重大問題 307
第七節 未來5～10年學科發展趨勢 308
參考文獻 309
第七章 癌細胞侵襲轉移的實驗方法 311
**節 引言 311
第二節 發展歷程 313
一、癌癥轉移級聯過程模型 313
二、癌癥轉移概念的建立 315
第三節 近二三十年的研究進展 316
一、癌細胞的黏附力學性質研究 316
二、細胞體外侵襲和遷移研究 317
三、腫瘤轉移過程的體外模擬和觀測 321
第四節 學科前沿問題 326
一、癌細胞侵襲研究中需要解決的問題和意義 326
二、從二維平面邁向三維空間 326
第五節 未來5～10年學科發展趨勢 330
參考文獻 331
第四篇 軟物質介觀體系
**章 超分子凝膠與介觀結構 335
**節 引言 335
第二節 發展歷程 337
一、分子凝膠簡介 337
二、超分子凝膠歷史 338
第三節 *近二三十年的研究進展 340
一、超分子凝膠分類 340
二、超分子凝膠介觀網絡及其結構形成的原理 342
三、結構與宏觀性能的關系 349
四、超分子結構分析 352
第四節 學科前沿問題 357
一、超分子材料的設計 357
二、超分子介觀網絡的調控 359
三、超分子材料的雜化與功能化 362
第五節 與實際需求結合的重大問題 364
一、藥物傳輸 365
二、基因傳輸 365
三、生物成像 366
四、光動力治療 366
五、組織工程 367
六、生物傳感器 367
七、超分子在超強力學性能材料領域的應用 367
八、凝膠電解液 368
九、海洋石油污染 368
十、凝膠法大分子的分離 368
第六節 未來5～10年學科發展趨勢 369
參考文獻 370
第二章 手性超分子自組裝與應用 381
**節 引言 381
第二節 發展歷程 382
一、手性分子 382
二、從手性分子到手性超分子 383
第三節 *近二三十年的研究進展 385
一、超分子手性的表征方法 386
二、超分子手性的手性傳遞和放大原則 388
三、手性分子自組裝形成手性超分子結構 390
四、誘導超分子手性 396
五、非手性分子組裝形成手性超分子 399
六、手性超分子材料的性能與應用 401
第四節 手性超分子材料前沿問題和應用需求中的重大問題 408
第五節 未來5～10年學科發展趨勢 410
參考文獻 411
第三章 從“納米原子”到巨型分子 415
**節 引言 415
第二節 巨型分子的發展歷程 416
第三節 巨型分子的前沿問題之一：逆功能分析 420
第四節 巨型分子的前沿問題之二：精密合成 422
一、點擊化學工具庫 422
二、官能化的分子納米粒子基元 424
三、巨型分子精密合成策略 426
第五節 巨型分子的前沿問題之三：可控組裝 427
一、超分子晶
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