中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·軟凝聚態(tài)物理學(xué)（上）

目錄
總序 i
摘要 v
Abstract xvii
上
第一篇 緒論
一、軟物質(zhì)物理學(xué)的科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值 3
二、軟物質(zhì)物理學(xué)的發(fā)展規(guī)律和研究特點(diǎn) 5
三、學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì) 9
四、未來5～10年學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題、發(fā)展思路、發(fā)展目標(biāo)和重要研究方向 12
五、有利于學(xué)科發(fā)展的有效資助機(jī)制與政策建議 24
第二篇 軟物質(zhì)的理論基礎(chǔ)
第一章 軟物質(zhì)體系的主要理論 29
第一節(jié) 引言 29
第二節(jié) 軟物質(zhì)理論的背景與現(xiàn)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(chǎng)理論 32
四、標(biāo)度理論 33
五、顆粒物質(zhì)理論 33
六、軟物質(zhì)電磁相互作用理論 35
七、自組織現(xiàn)象 36
第三節(jié) 前沿問題以及未來重點(diǎn)發(fā)展的方向 37
第四節(jié) 結(jié)語 40
參考文獻(xiàn) 40
第二章 高分子物理理論與模擬 47
第一節(jié) 引言 47
第二節(jié) 學(xué)科發(fā)展背景和現(xiàn)狀 48
第三節(jié) 高分子物理的前沿問題 49
一、嵌段共聚物——納米印刷術(shù)及復(fù)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(jié)晶動(dòng)力學(xué) 53
四、高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變 56
五、聚電解質(zhì)體系中的關(guān)聯(lián)效應(yīng) 58
六、高分子流變學(xué) 61
七、共軛高分子的光電性能 63
八、高分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 64
第四節(jié) 未來5～10年重點(diǎn)發(fā)展方向 66
第五節(jié) 結(jié)語 68
參考文獻(xiàn) 69
第三章 蠕蟲狀鏈模型在高分子物理研究中的應(yīng)用 73
第一節(jié) 引言 73
第二節(jié) 模型產(chǎn)生及發(fā)展的學(xué)科背景 74
第三節(jié) 最近30年研究進(jìn)展 76
一、高分子液晶相結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變的研究 78
二、幾何表面對(duì)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(jié) 前沿問題 86
第五節(jié) 未來5～10年蠕蟲狀鏈模型的重點(diǎn)發(fā)展方向 87
第六節(jié) 結(jié)語 89
參考文獻(xiàn) 89
第四章 嵌段共聚物中的相和相變 94
第一節(jié) 引言 94
第二節(jié) 學(xué)科發(fā)展背景和現(xiàn)狀 95
一、嵌段共聚物自組裝行為 95
二、有序-無序相變 96
三、區(qū)域構(gòu)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(jié) 嵌段聚合物的前沿問題 100
一、發(fā)現(xiàn)和理解多嵌段共聚物體系中的復(fù)雜結(jié)構(gòu) 100
二、定向自組裝 101
三、嵌段共聚物結(jié)構(gòu)的相變路徑 102
第四節(jié) 未來5～10年重點(diǎn)發(fā)展方向 102
一、發(fā)展高效方法研究多嵌段共聚物體系的自由能泛函 102
二、發(fā)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(shì)和庫侖勢(shì)相互作用 103
四、理解亞穩(wěn)態(tài)和非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)的作用 103
五、定向自組裝：外場(chǎng)的影響，氣相蒸發(fā)的建模 104
第五節(jié) 結(jié)語 104
參考文獻(xiàn) 104
第五章 聚合物刷的計(jì)算機(jī)模擬研究 107
第一節(jié) 引言 107
第二節(jié) 發(fā)展歷程 108
一、分子動(dòng)力學(xué) 109
二、蒙特卡羅模擬 109
三、自洽平均場(chǎng)理論方法 110
第三節(jié) 最近二三十年的研究進(jìn)展 111
一、解析自洽場(chǎng)理論 112
二、數(shù)值自洽場(chǎng)理論 112
第四節(jié) 學(xué)科前沿問題 113
第五節(jié) 與實(shí)際需求結(jié)合的重大問題 114
第六節(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 115
參考文獻(xiàn) 116
第六章 軟物質(zhì)中的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ) 119
第一節(jié) 引言 119
第二節(jié) 學(xué)科發(fā)展背景與現(xiàn)狀 121
一、熵彈性 123
二、超彈性本構(gòu)關(guān)系 126
三、黏彈性本構(gòu)關(guān)系 130
四、多孔彈性介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系 132
五、非牛頓流體本構(gòu)關(guān)系 134
六、本構(gòu)關(guān)系在軟物質(zhì)中的應(yīng)用 136
第三節(jié) 學(xué)科前沿問題 143
第四節(jié) 未來5～10年重點(diǎn)發(fā)展方向 144
第五節(jié) 結(jié)語 145
參考文獻(xiàn) 145
第七章 軟物質(zhì)系顆粒材料擴(kuò)散行為建模 152
第一節(jié) 引言 152
第二節(jié) 顆粒材料擴(kuò)散行為建模的研究進(jìn)展 154
一、復(fù)雜幾何顆粒材料重構(gòu) 155
二、顆粒材料微結(jié)構(gòu)表征 161
三、顆粒材料擴(kuò)散建模 167
第三節(jié) 顆粒材料擴(kuò)散建模的前沿問題 172
第四節(jié) 未來5～10年重點(diǎn)發(fā)展方向 173
第五節(jié) 結(jié)語 174
參考文獻(xiàn) 175
第三篇 軟物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法
第一章 軟物質(zhì)實(shí)驗(yàn)方法前沿：單分子操控技術(shù) 183
第一節(jié) 引言 183
第二節(jié) 單分子操縱技術(shù)及發(fā)展歷程 185
一、彈簧限制 186
二、張力限制 187
三、單分子樣品準(zhǔn)備 188
四、單分子操控技術(shù)的高精度測(cè)量 189
五、單分子力學(xué)響應(yīng)的理論分析 191
六、單分子操控技術(shù)的應(yīng)用 193
第三節(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 196
參考文獻(xiàn) 197
第二章 蛋白質(zhì)力學(xué)特性的單分子力譜研究 199
第一節(jié) 蛋白質(zhì)力學(xué)的重要性 199
第二節(jié) 從物理角度理解蛋白質(zhì)力學(xué)特性 201
第三節(jié) 從結(jié)構(gòu)角度理解蛋白質(zhì)力學(xué)特性 204
一、蛋白質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度的決定因素 204
二、蛋白質(zhì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度之間的關(guān)系 205
三、如何人工調(diào)控蛋白質(zhì)強(qiáng)度 206
四、蛋白質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度與拉伸方向之間的關(guān)系 207
第四節(jié) 研究蛋白質(zhì)單分子力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)方法 209
第五節(jié) 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、最新進(jìn)展（提高穩(wěn)定性、提高力分辨率、與熒光結(jié)合、高速原子力顯微鏡） 211
第六節(jié) 界面上的蛋白與固體相互作用 215
第七節(jié) 蛋白質(zhì)力學(xué)從單分子到材料 216
參考文獻(xiàn) 218
第三章 單分子熒光技術(shù)在生物物理研究中的應(yīng)用 223
第一節(jié) 引言 223
第二節(jié) 單分子熒光技術(shù)的簡單歷史介紹 224
第三節(jié) 單分子熒光技術(shù)及對(duì)比 225
一、單分子熒光的特點(diǎn) 225
二、單分子熒光實(shí)現(xiàn)條件 226
三、近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)技術(shù) 227
四、單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移譜 229
五、雙光子/多光子激發(fā)成像 230
六、光學(xué)超分辨單分子熒光成像技術(shù) 231
第四節(jié) 單分子熒光技術(shù)應(yīng)用 234
一、單分子熒光計(jì)數(shù)結(jié)合力譜技術(shù)揭示機(jī)械傳感機(jī)制 234
二、細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞中的基因表達(dá) 241
第五節(jié) 單分子熒光技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及展望 244
參考文獻(xiàn) 245
第四章 攝像顯微技術(shù)在實(shí)驗(yàn)軟物質(zhì)物理中的應(yīng)用 250
第一節(jié) 引言 250
第二節(jié) 攝像顯微技術(shù) 252
第三節(jié) 攝像顯微圖像處理 257
第四節(jié) 攝像顯微技術(shù)的應(yīng)用與前沿發(fā)展 259
一、膠體玻璃化轉(zhuǎn)變 260
二、膠體結(jié)晶 263
三、膠體晶體的熔化 264
四、基于攝像顯微技術(shù)的微觀流變學(xué) 267
第五節(jié) 攝像顯微技術(shù)的展望 268
參考文獻(xiàn) 270
第五章 高分子超薄膜表征技術(shù) 274
第一節(jié) 引言 274
第二節(jié) 發(fā)展歷程 275
第三節(jié) 研究進(jìn)展 276
一、X射線分析技術(shù) 276
二、中子分析技術(shù) 281
三、其他高分子薄膜表征技術(shù) 287
第四節(jié) 學(xué)科前沿問題 292
第五節(jié) 與實(shí)際需求結(jié)合的重大問題 293
第六節(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 294
參考文獻(xiàn) 294
第六章 小角散射技術(shù)在軟物質(zhì)表征中的應(yīng)用 300
第一節(jié) 引言 300
第二節(jié) 發(fā)展歷程 302
第三節(jié) 小角散射數(shù)據(jù)分析 303
第四節(jié) 最近二三十年的研究進(jìn)展 304
一、生物大分子 304
二、高分子在膠體顆粒表面的結(jié)構(gòu) 305
三、溶液自組裝結(jié)構(gòu) 305
四、膠體分散體系中的相互作用 306
第五節(jié) 學(xué)科前沿問題 306
第六節(jié) 與實(shí)際需求結(jié)合的重大問題 307
第七節(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 308
參考文獻(xiàn) 309
第七章 癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的實(shí)驗(yàn)方法 311
第一節(jié) 引言 311
第二節(jié) 發(fā)展歷程 313
一、癌癥轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)過程模型 313
二、癌癥轉(zhuǎn)移概念的建立 315
第三節(jié) 近二三十年的研究進(jìn)展 316
一、癌細(xì)胞的黏附力學(xué)性質(zhì)研究 316
二、細(xì)胞體外侵襲和遷移研究 317
三、腫瘤轉(zhuǎn)移過程的體外模擬和觀測(cè) 321
第四節(jié) 學(xué)科前沿問題 326
一、癌細(xì)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(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 330
參考文獻(xiàn) 331
第四篇 軟物質(zhì)介觀體系
第一章 超分子凝膠與介觀結(jié)構(gòu) 335
第一節(jié) 引言 335
第二節(jié) 發(fā)展歷程 337
一、分子凝膠簡介 337
二、超分子凝膠歷史 338
第三節(jié) 最近二三十年的研究進(jìn)展 340
一、超分子凝膠分類 340
二、超分子凝膠介觀網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)構(gòu)形成的原理 342
三、結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系 349
四、超分子結(jié)構(gòu)分析 352
第四節(jié) 學(xué)科前沿問題 357
一、超分子材料的設(shè)計(jì) 357
二、超分子介觀網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控 359
三、超分子材料的雜化與功能化 362
第五節(jié) 與實(shí)際需求結(jié)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(dòng)力治療 366
五、組織工程 367
六、生物傳感器 367
七、超分子在超強(qiáng)力學(xué)性能材料領(lǐng)域的應(yīng)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(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 369
參考文獻(xiàn) 370
第二章 手性超分子自組裝與應(yīng)用 381
第一節(jié) 引言 381
第二節(jié) 發(fā)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(jié) 最近二三十年的研究進(jìn)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(jié)構(gòu) 390
四、誘導(dǎo)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(yīng)用 401
第四節(jié) 手性超分子材料前沿問題和應(yīng)用需求中的重大問題 408
第五節(jié) 未來5～10年學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 410
參考文獻(xiàn) 411
第三章 從“納米原子”到巨型分子 415
第一節(jié) 引言 415
第二節(jié) 巨型分子的發(fā)展歷程 416
第三節(jié) 巨型分子的前沿問題之一：逆功能分析 420
第四節(jié) 巨型分子的前沿問題之二：精密合成 422
一、點(diǎn)擊化學(xué)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(jié) 巨型分子的前沿問題之三：可控組裝 427
一、超分子晶