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Colloidal dynamics学习资料

这几天集中学习某主题,遇到一个MIT公开课件,标题是Statistical Mechanics,但内容只有4章,看来是专门挑选了理解胶体动态必须具备的基本非平衡态物理基础。我觉得这四章是particularly针对胶体的,是从Fokker-Planck方程开始谈起的,还涉及动态光散射和流体动力学效应。这些主题都是专属于胶体特有的时间和空间尺度的。比看一本一般统计物理学省力得多。

顺便再介绍两个book chapter,作者都是R. Klein

今年的一些国际会议

上网找今年的国际会议,发现很多deadline都已经过了。以前对相关的国际会议了解确实很少,这一番搜索至少让我知道留意什么会议的信息,下一次可以去参加(如果有经费的话……

基于Journal of Colloid and Interface Science杂志的胶体会议应该是这个领域最重要的会议。只有它有底气直接用#COLLOIDS2015做官方hash tag。不过,我孤陋寡闻,speaker中我认识的只有Jacob Israelachvili(因为他写过一本书)。

ACS的表面化学分会也很牛,不甘示弱。它用colloids2015做网址。Speaker中熟悉的名字倒不少。除了Israelachvili外还有Dominique Langevin、Ian Morrison、Michael Solomon和Norman Wagner,这几个比较偏流变学。

再就是Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists(IACIS)。这个会议的spearker也有很多熟悉的名字。Jun-Bai Li、Hiroyuki Ohshima、Jan K. D. Dhont、Walter Richtering。特别是Ohshima,要是我去了这个会议,还可以当面感谢他。可惜,以上这几个胶体的会议都过了或者太晚了。

International Workshops on Nonequilibrium Thermodynamics (IWNET),今年是第七届了。但是每届的focus会不同。

最后当然是SoR的年会了。还好来得及,现在就要行动起来进行注册。

美国的Gordon Conference,需要非常小同行,而且要已经发表十分相关的工作,人数也少。我看还是过几年研究做得好了再尝试。

新发表文章的致谢

我的一篇文章Journal of Colloid and Interface Science上发表了。第一作者是实验的完成人,我对实验结果进行了理论分析。具体内容可以直接去下载论文看。

这个工作从实验完成到发表拖了很长,主要时间花在理论分析部分。一开始我并不清楚反离子凝聚,只是发现粘土表面电荷密度太大,而且处于非对称(asymmetric)的电解质环境,因此粒子间的双电层作用不能采用Debye-Hückel近似,于是查到了Ohshima推导的一个Poisson-Boltzmann的精确解。可是用这个解来计算相互作用的时候总是得出nonphysical的结果。有怀疑过自己数值计算的代码有问题,再三检验和请教过比较熟的人之后也排除了。这期间老板也催过,他不知道这些具体的细节,就只觉得没必要拖这么久,我不得不直接说我这个可能会拖很久,因为我要认真搞懂这个问题。第一作者的学生对我就更没撤了。现在我还得谢谢他帮我做了这么多实验,还得被我压着不发表。要不是他拼命做实验,我刚工作的这两年可能都没办法有这么几篇文章向外界交差。说回到计算的问题,后来我实在没办法,想找Ohshima本人问一下。其实之前一直以为Ohshima是一个过世了的人,所以遇到问题一直都没想过去问本人。直到最后我想查他的工作的后续引用情况,看看别人是怎么使用他的结果的,发现使用他结果的人几乎没有,但他自己有发表新的文章,最新的有到200X年,于是才感觉这个人可能是还在生的人。经过一番搜索,才找到他的页面以及email,原来是个刚退休的研究所所长。很快就收到了他的回信,多次来往之后,我才知道,我的体系属于salt-free systems或者counterions only system,所以反离子浓度是不可忽略的,高电荷密度时会发生反离子凝聚。这应该是个常识了,无奈我知识还是欠缺,全赖他的指点。于是我才重新按照反离子凝聚的角度来思考我的体系。

在反离子凝聚的研究中,大部分是考虑柱状的带电表面的,主要面向的实际体系是聚电解质(包括DNA)溶液,又叫Manning condensation。球状的研究比较少,经常叫成charge renormalization。Manning自己也考虑过球状的体系[1],他的two-state model是从考虑自由能出发,认为精确的结果跟DH近似之间就是差一个系数,这个系数简单地认为是个非凝聚离子的比例系数(1-z\theta),其中\theta是凝聚离子所占比例。他的逻辑其实是非常笃定“反离子凝聚”的图像,认为有非常确定数量的反离子发生了“凝聚”。然后,通过自由能最小化来求得\theta的表达式。而[2]则是用cell model来求解Poisson-Boltzmann方程,证实了的确可以进行表面电荷(势)的等效。[2]的工作虽然被多次引用,但局限于理论研究的圈子之内。很少有用他的结果解释实验的工作。[3]做了一个salt-free体系的电泳实验并且进行了理论描述,使用了一个与[2]类似的approach。我的论文直接用了[2]的结果来计算相互作用势能U\left(h\right),然后进一步计算RLCA的stability ratio,得出与实验比较吻合的结果,应该是第一个。

我的文章发表时,审稿人也显示出比较高的兴趣,说我这是一篇excellent paper,有一条修改意见还是“This is an interesting point that should be explored and highlighted further.”

虽然我文章的致谢里已经感谢了Ohshima,但总觉得还是要亲自感谢他。文章发表后,我给Ohshima回信感谢他,把文章的PDF给他看了。他也回信对我进行了鼓励:

Dear Dr. Weixiang Sun

Thank you very much for sending me your excellent work.

Congratulations!

I have read your paper with great interest. You have made a great job.

Thanks again.

With best regards

Hiroyuki Ohshima

References

  1. G.S. Manning, "Counterion Condensation on Charged Spheres, Cylinders, and Planes", The Journal of Physical Chemistry B, vol. 111, pp. 8554-8559, 2007. http://dx.doi.org/10.1021/jp0670844
  2. H. Ohshima, "Surface Charge Density/Surface Potential Relationship for a Spherical Colloidal Particle in a Salt-Free Medium", Journal of Colloid and Interface Science, vol. 247, pp. 18-23, 2002. http://dx.doi.org/10.1006/jcis.2001.8105
  3. D.A.J. Gillespie, J.E. Hallett, O. Elujoba, A.F. Che Hamzah, R.M. Richardson, and P. Bartlett, "Counterion condensation on spheres in the salt-free limit", Soft Matter, vol. 10, pp. 566-577, 2014. http://dx.doi.org/10.1039/C3SM52563E