חומר רך

חומר רך או חומר מעובה רך הוא תת-תחום של חומר מעובה הכולל מגוון מערכות פיזיקליות שמתעוותות בקלות או שמבנן משתנה בקלות כאשר מופעל עליהן כוח חיצוני (כמו כוח מכני או כוח חשמלי). הם כוללים נוזלים מורכבים, קולואידים (תרחיפים), אמולסיות (תחליבים), פולימרים, קצף, ג'ל, חומרים פעילי שטח (אמפיפיליים), חומרים גרגיריים (גרנולריים), גבישים נוזליים ומערכות ביולוגיות שונות. חומרים אלה חולקים תכונה משותפת חשובה והיא שהתנהגויות פיזיקליות דומיננטיות בחומר מתרחשות בסקאלת אנרגיה הדומה לאנרגיה תרמית בטמפרטורת החדר. בטמפרטורות אלה, היבטים קוונטיים בדרך כלל אינם חשובים. פייר ז'יל דה-ז'ן, אשר כונה "האב המייסד של החומר הרך", קיבל את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1991 על כך שגילה שניתן להכליל שיטות שפותחו לחקר תופעות סדר במערכות פשוטות למקרים מורכבים יותר הקיימים בחומר רך, ובמיוחד בגבישים נוזליים ובפולימרים. בחומר רך מתרחשות תופעות מעניינות שאינן ניתנות לחיזוי (או שקשה לחזות אותן) באופן ישיר מהמולקולות או מהאטומים המרכיבים את החומר. זאת מכיוון שחומרים המכונים חומר רך נוטים להרכבה עצמית במבנים פיזיקליים מזוסקופיים, כלומר הגודל של המבנים הוא בין מיקרוסקופי (קטן מננומטר) למקרוסקופי (מעל למיקרומטר). המאפיינים והאינטראקציות של מבנים מזוסקופיים בחומר רך עשויים לקבוע את ההתנהגות המקרוסקופית של החומר. לדוגמה, המערבולות המתרחשות באופן טבעי בתוך זורם, קטנות בהרבה מהכמות הכוללת של הנוזל ועם זאת גדולות בהרבה מהמולקולות הבודדות שלו, והופעת מערבולות אלו שולטת בהתנהגות הזרימה הכוללת של החומר. כמו כן, הבועות המרכיבות קצף הן מזוסקופיות מכיוון שכל אחת מהן מורכבת ממספר עצום של מולקולות, והקצף עצמו מורכב ממספר רב של בועות אלו. הקשיחות המכנית הכוללת של הקצף נובעת מהאינטראקציות בין הבועות. מאפיין נפוץ נוסף של חומר רך הוא חשיבותן של תנודות תרמיות. סקאלת האנרגיה של האינטראקציות האופייניות במבני חומר רך דומה לסקאלת האנרגיה התרמית. לכן, המבנים מושפעים כל הזמן מתנודות תרמיות, ועוברים תנועה בראונית. לבסוף, תכונה ייחודית נוספת של מערכות החומר הרך היא ההתארגנות העצמית. ההתנהגות המורכבת האופיינית והמבנים ההיררכיים בחומר מתעוררים באופן ספונטני כאשר המערכת מתקדמת לעבר שיווי משקל. חומרים רכים חשובים במגוון רחב של יישומים טכנולוגיים. הם עשויים להופיע כחומרי מבנה ואריזה, קצף ודבקים, חומרי ניקוי וקוסמטיקה, צבעים, תוספי מזון, חומרי סיכה ותוספי דלק, גומי בצמיגים ועוד. בנוסף, מספר חומרים ביולוגיים כגון דם ושרירים ניתנים לסיווג כחומר רך. גבישים נוזליים, קטגוריה נוספת של חומר רך, מגיבים לשדות חשמליים באופן שהופך אותם לחומרים חשובים מאוד במכשירי תצוגה (LCD). סוגים של חומר רך גביש נוזלי ג'ל חומרים פעילי שטח ממברנה ביולוגית נוזל פולימר קולואיד קצף תחומים מדעיים קרובים מכניקת הרצף פיזיקה סטטיסטית פיזיקה של חומר מעובה I. Hamley, Introduction to Soft Matter (2nd edition), J. Wiley, Chichester (2000) R. A. L. Jones, Soft Condensed Matter, Oxford University Press, Oxford (2002). T. A. Witten (with P. A. Pincus), Structured Fluids: Polymers, Colloids, Surfactants, Oxford (2004). M. Kleman and O. D. Lavrentovich, Soft Matter Physics: An Introduction, Springer (2003). M. Mitov, Sensitive Matter: Foams, Gels, Liquid Crystals and Other Miracles, Harvard University Press (2012). J. N. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academic Press (2010). A. V. Zvelindovsky (editor), Nanostructured Soft Matter - Experiment, Theory, Simulation and Perspectives, Springer/Dordrecht (2007), ISBN 978-1-4020-6329-9. M. Daoud, C.E. Williams (editors), Soft Matter Physics, Springer Verlag, Berlin (1999). G. H. Ristow, Pattern Formation in Granular Materials, Springer Tracts in Modern Physics, v. 161. Springer, Berlin (2000). ISBN 3-540-66701-6ISBN 3-540-66701-6. Pierre-Gilles de Gennes, Soft Matter, Nobel Lecture, December 9, 1991 S. A. Safran, Statistical Thermodynamics of Surfaces, Interfaces and Membranes, Westview Press (2003) R.G. Larson, The Structure and Rheology of Complex Fluids, Oxford University Press (1999) O. Gang, Soft Matter and Biomaterials on the Nanoscale: The WSPC Reference on Functional Nanomaterials — Part I (In 4 Volumes), World Scientific Publisher (2020) מדיה וקבצים בנושא חומר רך בוויקישיתוף הרצאת הנובל של פייר-ז'יל דה ז'אן American Physical Society Group Topical on Soft Matter (GSOFT) Softbites - בלוג המנוהל על ידי סטודנטים לתארים מתקדמים ופוסט-דוקטורנטים שהופך את החומר הרך לנגיש יותר באמצעות פוסטים קצרים המסכמים מחקר חומר רך עדכני Softmatterworld.org Softmatterresources.com SklogWiki - ויקי המוקדש לנוזלים פשוטים, נוזלים מורכבים וחומר מעובה רך. Wiki בית הספר להנדסה ומדעים שימושיים בהרווארד של חומר רך - מארגן, סוקר ומסכם מאמרים אקדמיים על חומר רך הנדסת חומר רך - קבוצה המוקדשת להנדסת חומר רך באוניברסיטת פלורידה דף Google Scholar בנושא חומר רך