物理化学学报
物理化學學報
물이화학학보
ACTA PHYSICO-CHIMICA SINICA
2014年
3期
413-422
,共10页
扩散模型%凝聚模型%扩散指数%凝聚概率指数%凝聚动力学%Monte Carlo模拟
擴散模型%凝聚模型%擴散指數%凝聚概率指數%凝聚動力學%Monte Carlo模擬
확산모형%응취모형%확산지수%응취개솔지수%응취동역학%Monte Carlo모의
Diffusive model%Sticking model%Diffusivity exponent%Sticking-probability exponent%Aggregation kinetics%Monte Carlo simulation
以扩散模型(Ds(γ)=D0×sγ)和凝聚模型(Pij(σ)=P0×(i×j)σ)为基础,对胶体体系随时间的演变、团簇大小分布及其标度关系、团簇的重均大小S(t)的变化规律以及模型对最终分形维数的影响四个角度进行了比较研究,发现扩散指数γ<0和凝聚概率指数σ>0对胶体的凝聚动力学过程有相似的影响。本文在较宽的γ和σ取值范围内,对胶体的凝聚动力学进行了模拟研究,对慢速凝聚向快速凝聚的转化机理作了定量分析,并进一步分析了在团簇-团簇凝聚(CCA)模型下,得到类似扩散置限凝聚(DLA)模型的凝聚体的物理意义,结果表明:(1)γ>>0代表了体系中团簇或单粒做“定向运动”而非无规则的布朗运动的情况。这种“定向运动”的推动力可能来自于大团簇产生的强“长程范德华力”、“电场力”等,或来自于体系边界处的外力场的作用。(2)当σ<<0时,体系成为先快后慢的慢速凝聚,这可能对应大团簇为一排斥中心,即胶体颗粒存在“排斥力场”的现象。(3)证实了团簇的重均大小在凝聚过程的早期按指数规律增长,而后期按幂函数规律增长的实验现象。模拟研究还表明,胶体体系的凝聚动力学过程,在σ>0时是一个存在正反馈机制的非线性动力学过程,而在σ<0时则体现出负反馈的特征。
以擴散模型(Ds(γ)=D0×sγ)和凝聚模型(Pij(σ)=P0×(i×j)σ)為基礎,對膠體體繫隨時間的縯變、糰簇大小分佈及其標度關繫、糰簇的重均大小S(t)的變化規律以及模型對最終分形維數的影響四箇角度進行瞭比較研究,髮現擴散指數γ<0和凝聚概率指數σ>0對膠體的凝聚動力學過程有相似的影響。本文在較寬的γ和σ取值範圍內,對膠體的凝聚動力學進行瞭模擬研究,對慢速凝聚嚮快速凝聚的轉化機理作瞭定量分析,併進一步分析瞭在糰簇-糰簇凝聚(CCA)模型下,得到類似擴散置限凝聚(DLA)模型的凝聚體的物理意義,結果錶明:(1)γ>>0代錶瞭體繫中糰簇或單粒做“定嚮運動”而非無規則的佈朗運動的情況。這種“定嚮運動”的推動力可能來自于大糰簇產生的彊“長程範德華力”、“電場力”等,或來自于體繫邊界處的外力場的作用。(2)噹σ<<0時,體繫成為先快後慢的慢速凝聚,這可能對應大糰簇為一排斥中心,即膠體顆粒存在“排斥力場”的現象。(3)證實瞭糰簇的重均大小在凝聚過程的早期按指數規律增長,而後期按冪函數規律增長的實驗現象。模擬研究還錶明,膠體體繫的凝聚動力學過程,在σ>0時是一箇存在正反饋機製的非線性動力學過程,而在σ<0時則體現齣負反饋的特徵。
이확산모형(Ds(γ)=D0×sγ)화응취모형(Pij(σ)=P0×(i×j)σ)위기출,대효체체계수시간적연변、단족대소분포급기표도관계、단족적중균대소S(t)적변화규률이급모형대최종분형유수적영향사개각도진행료비교연구,발현확산지수γ<0화응취개솔지수σ>0대효체적응취동역학과정유상사적영향。본문재교관적γ화σ취치범위내,대효체적응취동역학진행료모의연구,대만속응취향쾌속응취적전화궤리작료정량분석,병진일보분석료재단족-단족응취(CCA)모형하,득도유사확산치한응취(DLA)모형적응취체적물리의의,결과표명:(1)γ>>0대표료체계중단족혹단립주“정향운동”이비무규칙적포랑운동적정황。저충“정향운동”적추동력가능래자우대단족산생적강“장정범덕화력”、“전장력”등,혹래자우체계변계처적외력장적작용。(2)당σ<<0시,체계성위선쾌후만적만속응취,저가능대응대단족위일배척중심,즉효체과립존재“배척력장”적현상。(3)증실료단족적중균대소재응취과정적조기안지수규률증장,이후기안멱함수규률증장적실험현상。모의연구환표명,효체체계적응취동역학과정,재σ>0시시일개존재정반궤궤제적비선성동역학과정,이재σ<0시칙체현출부반궤적특정。
The effects of the diffusive (Ds(γ)=D0×sγ) and sticking (Pij(σ)=P0×(i×j)σ) models on the colloidal suspension evolution, cluster-size distribution and scaling, time dependence of weight-averaged cluster size, and the fractal dimensions of aggregates are investigated. Simulations of the aggregation kinetics are carried out for a wide range of diffusivity exponentγand sticking-probability exponentσvalues.γ<0 andσ>0 have similar effects on the col oidal aggregation kinetics. The mechanism of transition from slow to fast aggregation is quantitatively analyzed. The physical significance of a cluster-cluster aggregation model, leading to a diffusion-limited aggregation model, is proposed.γ>>0 corresponds to the directional movement of clusters or primary particles, rather than random Brownian motion. The driving force for this directional movement may be a strong long-range van der Waals force, electric force of the largest cluster, or external force from the boundary.σ<<0 decreases the aggregation velocity of colloidal particles, with the evolution of the colloidal suspension. This may correspond to the largest cluster being a repulsive center, and a repulsive force existing between clusters or primary particles. The simulation confirms particle aggregation involving the weight-averaged size growing exponential y at first, but obeying a power law later. The aggregation kinetics is a positive-feedback nonlinear process asσ>0, but a negative-feedback process asσ<0.