Tuning the order of colloidal monolayers: assembly of heterogeneously charged colloids close to a patterned substrate
我们研究了带两个正电荷的极性帽的带负电荷的胶体靠近平面图案化表面的行为。粒子-粒子相互作用图案的不同各向异性组分之间的竞争本身就能够产生丰富的组装场景：具有带电表面图案的胶体在吸附到均匀带电的衬底时形成不同的晶域。在这里，我们认为基板组成的交替（负/中性，正/中性和正/负）的平行条纹，并通过蒙特卡罗模拟，我们调查的顺序的胶体上改变条纹的数量。我们表明，两个不同的长度尺度表征系统（$i.e.,$粒子相互作用范围和条纹的大小）之间的额外竞争引起了过多的不同的粒子排列，可以观察到一些明确的趋势。通过精确地调节底物带电基序，可以使$e. g.,$促进特定的颗粒排列，不利于结晶域或诱导形成扩展的疏散星团。
2018-09-24 cond-mat.soft
Surface-Directed Spinodal Decomposition on Chemically Patterned Substrates
{ \it表面定向旋节分解}（SDSD）是在表面处相分离和润湿的动力学相互作用。这一过程具有重大的科学和技术意义。在本文中，我们报告的结果从数值研究SDSD的化学图案化基板上。我们考虑简单的表面图案为我们的模拟，但大多数的结果适用于任意图案。在靠近表面的层中，我们观察到从{ \it表面注册制度}到{ \it相分离制度}的动态交叉。我们研究这种交叉使用逐层关联函数和结构因子，和域长度尺度。
2020-06-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Computer simulations of colloidal transport on a patterned magnetic substrate
我们用动力学蒙特卡罗和布朗动力学计算机模拟研究了顺磁性胶体粒子在图案化磁性基底上的输运。平面衬底用平行或Z字形条纹布置的点偶极子装饰，并暴露于随时间振荡的附加外部磁场。对于平行条纹的情况，我们发现粒子电流的大小和方向是由外部磁场的倾斜角控制的。在温度和磁导率之间的比率的宽范围内可靠地获得效果。只有当外场的振荡周期大于一个临界值时，才能实现粒子的输运。对于锯齿形条纹的情况下，使用垂直于衬底的振荡外部场获得电流。在这种情况下，只能在锯齿形的顶点进行传输，从而产生狭窄的颗粒流。粒子电流的大小和方向被发现是由锯齿角和从基板的胶体的距离的组合控制。大都会蒙特卡罗和布朗动力学模拟预测的结果是在良好的协议彼此。使用动力学蒙特卡罗，我们发现，在高密度的粒子输运受阻的干扰。
2011-04-04 cond-mat.soft
Controlling drop size and polydispersity using chemically patterned surfaces
我们探讨了数值的可行性，使用化学图案化来控制微米级滴的大小和多分散性。模拟表明，它是可能的，通过使用不同宽度的亲水性条纹的阵列的大小或润湿性能的下降排序。我们还表明，单分散液滴可以通过利用钉扎的亲水性条纹上的液滴产生。我们的研究结果遵循使用格子玻尔兹曼算法来解决液滴的运动的流体动力学方程，并证明这种方法作为具有化学图案化表面的微流体装置的设计工具的适用性。
2006-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pinning-depinning mechanism of the contact line during evaporation on chemically patterned surfaces: A lattice Boltzmann study
本文采用具有液-气相变的热多相晶格玻尔兹曼（LB）模型，数值研究了化学条纹图案表面上液滴蒸发过程中接触线的钉扎和脱钉机制。在扩散界面的情况下，局部力平衡被引入到解释的平衡态的化学图案化表面上的液滴。结果表明，当接触线被钉扎在疏水-亲水边界上时，不同的接触角可以解释为每个组分所占据的接触线长度的变化。LB模拟很好地捕捉了化学图案化表面上蒸发液滴的粘滑跳跃行为。特别地，在粘附（钉扎）模式期间清楚地观察到接触线的缓慢移动，这表明在化学条纹图案化表面上的液滴蒸发期间接触线的钉扎实际上是一个动态钉扎过程，并且动态平衡是通过由每个组件占据的接触线的自调节来实现的。此外，它示出，当表面张力随温度而变化时，Marangoni效应对接触线的脱钉有重要影响，这发生在由Marangoni应力引起的力的水平分量（朝向液滴的中心）克服了不平衡的杨氏力朝向外部时。
2016-09-01 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mass transfer during drying of colloidal film beneath a patterned mask that contains a hexagonal array of holes
我们模拟了一个实验，其中当刚好在液滴上方的掩模主要允许从掩模中的孔正下方的液滴自由表面蒸发时，允许薄的胶态固着液滴在水平亲水表面上变干[Harris D J，Hu H，Conrad JC和Lewis JA 2007 \textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{98} 148301]。我们考虑了一种特殊的情况下，当中心到中心的间距孔是远远小于滴直径。在我们的模型中，平流，扩散和沉降被考虑在内。采用FlexPDE对对流扩散方程进行有限元求解。模拟表明，随着溶剂蒸发，胶体颗粒在孔下方积聚。扩散可以减少这种积累。
2015-09-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modelling contact angle hysteresis on chemically patterned and superhydrophobic surfaces
我们研究了接触角滞后的化学图案和超疏水表面，作为液滴体积是准静态增加和减少。我们认为两个，和三个，使用分析和数值方法，以尽量减少自由能的下降的尺寸。在两个维度，我们发现，在协议与其他作者，一个滑动，跳跃，坚持运动的接触线。在三维中，这种行为持续存在，但接触线跳跃的位置和幅度对表面图案的细节很敏感。在两个维度上，我们确定分析上的不同表面上的前进和后退的接触角，我们使用数值的见解，认为这些提供了三维情况下的边界。我们提出了明确的模拟表明，一个简单的平均超过无序是不足以预测的细节的接触角滞后，并支持解释低接触角滞后的悬浮液滴在超疏水表面。
2006-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Coexistence of patterned phases in chemically active multicomponent mixtures
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究化学活性混合物中物理相互作用与反应的协同作用，揭示复杂图案的形成机制及相共存规律。
2026-04-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Drop dynamics on chemically patterned surfaces
我们比较数值和实验结果探索液滴移动的行为在表面图案与疏水性和亲水性条纹。格子玻尔兹曼算法是用来解决的流体动力学方程的运动的液滴，使我们能够调查他们的行为的条纹宽度和润湿性的对比度被改变。我们解释了如何由驱动力和表面力的变化之间的相互作用，作为下降的区域之间的不同接触角的移动，我们发现，滴的形状可以经历大的周期性偏差从球形的下降的运动。当比较时，数值计算结果与微米级滴移动通过微接触印刷图案化的基板上的实验吻合得很好。
2006-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nematic Films at Chemically Structured Surfaces
本文从理论上研究了吸附在平面衬底上的具有交替排列特性的条纹（分别为法向和切向）的薄膜的形貌。我们构建了一个简单的“精确可解”的有效界面模型，其中的液晶扭曲占通过一个有效的界面电位。我们发现，化学图案化的基板可以强烈变形的向列相-空气界面。这种基板引起的波动的幅度随着平均膜厚度的减小和表面图案间距的增加而增加。我们发现一个政权的界面变形可以描述在一个材料无关的通用标度函数。令人惊讶的是，有效的界面模型的预测同意半定量的结果的数值解的一个完整的模型的基础上的Landau-de Gennes理论耦合到一个平方梯度相场自由能功能的两相系统。
2016-09-06 cond-mat.soft
Guiding catalytically active particles with chemically patterned surfaces
悬浮在溶液中的催化活性Janus颗粒沿着其表面以及沿着任何附近的容器壁在溶液的化学组成中产生梯度。前者导致自泳，而后者引起化学渗透，为自我运动提供额外的贡献。化学渗透强烈地依赖于扩散的化学物质和壁之间的分子相互作用。我们分析表明，使用一个近似的“点粒子”的方法，通过化学图案化的平面基板可以直接运动的Janus粒子：诱导的化学渗透流可以导致粒子要么“码头”在两种材料之间的化学步骤，或遵循化学条纹。这些理论预测证实了充分的数值计算。一般来说，停靠发生在倾向于远离其催化帽的颗粒上，而条纹跟随发生在相反的情况下。我们的分析揭示了控制这种行为的物理机制。
2016-09-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Liquid Nanodroplets Spreading on Chemically Patterned Surfaces
通过表面能图案化来控制液滴在表面上的空间分布可用于通过选择性液体/固体润湿来控制材料向指定区域的输送。虽然存在对异质衬底上的液滴的平衡形状的研究，但对相应的润湿动力学知之甚少。我们通过研究，通过大规模的原子模拟，液体纳米液滴扩散在化学图案化的表面上，对阐明这一主题的细节取得了重大进展。提出了一个模型，为线的聚合物液体（液滴）在基板上的润湿（平衡接触角约0度）和非润湿（平衡接触角约90度）材料的交替带。液滴扩散进行了比较不同波长的图案和强度的表面相互作用的润湿条。对于小波长，液滴部分地在基底的润湿和非润湿区域上扩散以获得小于90度的有限接触角。在这种情况下，扩散的程度取决于润湿区域中的相互作用强度。观察到一个过渡，使得对于大波长，液滴通过从非润湿区域拉动材料而仅在基板的润湿区域上扩散。在大多数情况下，前体膜以强烈依赖于相互作用强度的速率在基底的润湿部分上铺展。
2005-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Modelling of the dewetting of ultra-thin liquid films on chemically patterned substrates: linear spectrum and deposition patterns
本文通过薄液膜方程和线性稳定性分析研究化学非均匀基底上纳米液膜的去润湿，提出从早期膜高剖面测量表面能图案的方法，并揭示最终液滴阵列对图案形状、尺寸和幅值的依赖关系。
2025-04-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Compatibility waves drive crystal growth on patterned substrates
我们探讨了从几个粒子核开始的结构化模板上的胶体单层中的结晶。衬底结构与生长晶体结构之间的竞争导致了新的晶体生长方案。与晶体生长在一个良好定义和连接的晶体-流体界面生长到流体中的散装不同，我们确定了一种机制，其中规定的核与底层衬底结构的“兼容性波”决定了生长方向和效率。的生长过程是强烈的各向异性和收益通过瞬态岛形成在前面的初始固-液界面。我们证明了这种兼容性波的概念，包括一个正方形晶格和准晶图案的衬底结构的一大类的有效性。动力学密度泛函理论，它提供了一个微观的方法来结晶过程中的胶体硬球。我们的预测可以在实验中验证受限胶体，也承担后果的结构基板上的分子晶体生长。
2013-07-08 cond-mat.soft
Lateral and normal forces between patterned substrates induced by nematic fluctuations
我们考虑一个由两个平行的平面基板所限制的双折射液晶，其锚定条件在一个横向方向上周期性地变化。在高斯近似下，我们研究了由指向矢的热涨落引起的图案化衬底之间的有效力。剪切力作为下基板和上基板上的图案之间的横向移位的函数而振荡。我们比较这种波动引起的横向力的强度与横向范德华力所产生的化学结构的吸附单分子膜。在法向方向上的波动诱导力是排斥力或吸引力，这取决于模型参数。
2005-12-10 cond-mat.soft
Diblock copolymer ordering induced by patterned surfaces
我们使用金兹伯格-朗道自由能泛函来研究当共聚物熔体与一个表面相互作用或被限制在两个化学图案化表面之间时的二嵌段共聚物形态。对于温度以上的有序-无序过渡的共聚物熔体的一个完整的线性响应描述给出，在一个任意的二维表面图案。在平行于表面的方向上的顺序的外观被发现作为在垂直方向上的顺序的结果。在有序无序点和薄膜几何形状下，我们的程序可以在均匀或调制的表面场存在下解析计算扭曲的垂直和倾斜的层状相。
2001-01-21 cond-mat.soft
Conversion of a force curve between chemically the same surfaces into the number density distribution of the particles on the surface using a structure factor
线光镊和胶体探针原子力显微镜可以测量小胶体颗粒悬浮液中化学性质相同的两个大胶体颗粒之间的力曲线。最近，作者提出了一种由力曲线求出大胶体上小胶体粒子数密度分布的变换理论。在这封简短的信中，我们提出了另一种方法，利用Ornstein-Zernike方程耦合的封闭方程，而不是柯克伍德叠加近似。新的变换理论使用由X射线或中子散射测量的结构因子，并应用Nelder-Mead方法来求解。与Kirkwood叠加近似相比，与闭合方程耦合的Ornstein-Zernike方程具有更高的精度，因此，在结构因子和闭合方程可靠的情况下，新的变换理论在理论上优于以往的方法。
2016-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Instabilities of layers of deposited molecules on chemically stripe patterned substrates: Ridges vs. drops
采用介观连续介质模型分析了有机分子沉积在具有周期性条纹状润湿图案的固体基底上的再分布实验阶段的输运机制和结构形成。横向不变的脊位于更多的条纹被确定为非常重要的瞬态和线性稳定性进行了分析。结果发现，存在两种不同的不稳定模式，导致（i）在大的脊体积的形成，从更多的条纹溢出到较少的裸露的衬底上的凸起和（ii）在小的脊体积的形成，位于更多的条纹上的小液滴。这些预测证实了二维基板的完全非线性演化方程的直接数值模拟。此外，在再分配过程中的不同的传输机制的影响进行了研究，重点对流传输的情况下，无滑移在基板上，通过在膜体中的扩散和通过在膜表面的扩散传输。特别是，它表明，运输过程既不影响线性稳定性阈值，也不影响在时间模拟中观察到的形态序列，但只有不同的过程阶段的时间尺度的比率。
2015-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Evaporation of Colloidal Suspension Droplets over Oil-infused Slippery Surfaces
本文研究了不同浓度胶体液滴在仿生图案化注液滑移基底（LISS）上的蒸发干燥过程，发现注入油层厚度（hE）强烈影响钉扎程度和沉积形态，长时间蒸发可实现均匀沉积。
2023-11-24 cond-mat.soft
Surface-directed Spinodal Decomposition on Morphologically Patterned Substrates
本文是对{ \it表面定向旋节分解}（SDSD）的两部分论述中的第二部分，即，在被二元混合物的组分之一润湿的表面处润湿和相分离的动力学的相互作用。在我们的第一篇论文[P. Das，P.K. Jaiswal和S. Puri，Phys. Rev. E { \bf 102}，012803（2020）]，我们研究了化学异质性和物理平坦基底上的SDSD。在本文中，我们研究了SDSD化学均匀，但形态图案化基板上。这种基材出现在各种各样的技术应用中。我们的目标是提供一个理论上的理解SDSD在这种情况下。我们提出了详细的数值计算结果域生长的内部和上方的凹槽在基板上。形态演变可以根据源自包括基底的不同表面的SDSD波的干涉来理解。
2020-08-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Normal and lateral critical Casimir forces between colloids and patterned substrates
我们研究的正常和横向有效的临界Casimir力作用于一个球形胶体浸没在一个关键的二元溶剂和接近的化学结构基板交替吸附偏好。我们计算了相应势的普适标度函数，并将我们的结果与最近的实验数据进行了比较[Replika F.，Zvyagolskaya O.，Hertlein C.赫尔顿湖，和Bechinger C.，物理学评论快报，101，208301（2008）]。实验电位被正确地捕捉到我们的预测，只有通过占基板图案的几何细节，根据我们的理论，临界卡西米尔力原来是一个敏感的探针。
2009-12-17 cond-mat.soft
A molecular dynamics study of surface-directed spinodal decomposition on a chemically patterned amorphous substrate
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦尔理工学院）
本研究通过分子动力学方法探讨了在化学图案化无定形基底上表面导向分相分解的图案选择机制，揭示了注册现象的动态标度行为及相分离过程的过渡特性。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diblock Copolymer Ordering Induced by Patterned Surfaces Above the Order-Disorder Transition
我们研究了在平坦的化学图案化表面附近的二嵌段共聚物的形态。使用金兹伯格-朗道自由能，空间变化的序参量给出的一般二维表面图案的有序-无序过渡。几个表面图案到散装的传播进行了研究。根据系统参数计算了表面$q$模的振荡周期和衰减长度。我们观察到平行于表面的横向顺序作为垂直于表面的顺序的结果。具有有限尺寸化学图案的表面（例如，有限宽度的条带）引起延伸到本体中的层状有序。在接近表面图案的地方，laminals受到强烈的扰动，以适应图案。
2000-08-28 cond-mat.soft
Shape-dependent guidance of active Janus particles by chemically patterned surfaces
自泳Janus粒子通过诱导-通过在其表面上发生的非平衡化学反应-改变它们浸入其中的溶液的化学成分来移动。这个过程导致沿着颗粒表面的化学成分梯度，以及沿着任何附近的边界，包括固体壁。沿壁的化学梯度可引起化学渗透，即，梯度驱动表面流动，表面流动又驱动溶液体积中的流动。这种整体流动耦合回颗粒，从而有助于其自我运动。由于化学渗透强烈地依赖于扩散分子种类和壁之间的分子相互作用，由颗粒诱导和经历的响应流编码关于壁的任何化学图案化的信息。在这里，我们扩展了以前的研究在一个化学图案化的墙壁附近的球的自泳的情况下，细长形状的颗粒。我们集中我们的分析可能出现的新的现象学的耦合-这是一个球形的细长颗粒的化学渗透流的应变率张量。通过数值计算，我们表明，一个棒状粒子的动力学表现出一种新的“边跟踪”的稳态：粒子平移沿化学步骤的边缘在一个稳定的距离的步骤，并具有稳定的取向。在一定的系统参数范围内，边缘跟随状态与“停靠”状态共存（粒子在台阶处停止，定向为垂直于台阶边缘），即，一个不稳定的动态发生。这些研究结果是合理化的结果之间的竞争的流体涡度和应变率通过使用分析理论的基础上捕获准定量的动态系统的点粒子近似。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Layer-by-layer assembly of colloidal particles deposited onto the polymer-grafted elastic substrate
利用自洽场和密度泛函理论，我们提出了一种在聚合物接枝基底上实现胶体空间有序排列的新途径。我们发现，接枝聚合物到基板上可以有效地控制沉积的胶体之间的平衡的结果的空间分散的胶体沉降力和熵弹性力的刷子，和胶体可以形成意想不到的有序结构上的接枝基板。胶体颗粒在弹性“软”基底上的沉积过程包括两个步骤：刷介导的胶体晶体的一维排列和受控的逐层生长，所述逐层生长由非吸附性聚合物溶剂熵驱动，随着颗粒的增加。结果表明，通过简单地使用接枝基板，而不是周期性图案化的模板，在适当选择的胶体尺寸，有效的沉积电位，刷覆盖密度的高度有序和无缺陷的结构的生产的可能性。
2006-11-04 cond-mat.soft
Nematic Colloidal Swarms Assembled and Transported on Photosensitive Surfaces
我们展示了一种新的方法来组装和运输成群的胶体颗粒相结合的液晶使能电泳和光敏表面图案化。胶体粒子通过施加交流电场而在液晶中被推进。粒子群被组装成旋转的研磨机集群，或者作为一个整体沿着预定义的路径移动，光印在化学功能化的基底上。该技术代表了基于流体的芯片实验室技术的替代方法，该技术引导微米级固体或液体夹杂物的大集合的运动。
2016-04-14 cond-mat.soft
Phase behavior of a nematic liquid crystal in contact with a chemically and geometrically structured substrate
在Frank-Oseen模型下研究了与具有局部垂面锚定和平面锚定交替条纹图案的光栅表面接触的液晶。化学和几何表面图案的组合导致丰富的相图，涉及垂面，平面和倾斜的织构。研究了沟槽深度和锚定强度对不同织构间相变位置和顺序的影响。研究了一种在平面光栅表面和平面衬底之间引入强垂直锚定的液晶的天顶向双折射器件。
2005-03-18 cond-mat.soft
Gating and tunable confinement of active colloids within patterned environments
本文通过在电场驱动的活性胶体与图案化障碍物之间设计长程排斥作用，利用电场频率调控障碍物有效尺寸，实现了活性粒子的门控与可调约束，为粒子分选和按需定位提供了新方法。
2024-12-31 cond-mat.soft
Translational and rotational irreversibility in cyclically sheared colloidal suspensions
Georgetown University（乔治城大学）
本研究通过共聚焦流变仪追踪循环剪切胶体悬浮液中颗粒的三维轨迹与旋转，发现不可逆状态下的流动诱导各向异性由颗粒间摩擦和互锁机制决定，促进混合并维持旋转各向同性。
2026-10-06 cond-mat.soft
Composite colloidal assembly by critical Casimir forces
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Wageningen University and Research（瓦赫宁根大学和研究机构）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）；Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme（马克斯·普朗克智能系统研究所）
通过临界Casimir力调控胶体粒子群体的自组装行为，实现复杂结晶行为和相图采样。
2026-02-12 cond-mat.soft
Control of colloidal placement by modulated molecular orientation in nematic cells
胶体自组装成由粒子相互作用决定的各种有组织的超结构。单类全同粒子自组装的科学认识和应用都取得了巨大的进展。形成超结构，其中的胶体粒子占据预先设计的网站，并保持在这些网站，尽管热波动是一个主要的挑战，目前国家的art.here，我们提出了一个通用的方法来直接放置的胶体，使用液晶与空间变化的分子取向预先施加基板photolealignment。胶体颗粒在胶体环境中受到长程弹性力的作用，这种力来源于胶体颗粒的取向顺序。取向顺序的分量产生弹性能量景观，该弹性能量景观驱动胶体进入具有优选类型的变形的位置。作为一个例子，我们表明，胶体球与垂直的表面锚定被驱动到最大张开的区域，而球与切向表面锚定解决到弯曲的区域。负责优先放置的弹性力测量探索过阻尼动力学的胶体。通过图案化的分子取向控制胶体自组装为材料和设备的设计开辟了新的机会，其中颗粒应放置在预先设计的位置。
2016-09-21 cond-mat.soft
Passive and active colloidal chemotaxis in a microfluidic channel: mesoscopic and stochastic models
趋化性是粒子对环境化学成分梯度的反应。虽然它最初是在生物有机体中观察到的，但它在合成活性颗粒（如纳米马达）的背景下引起了极大的兴趣。化学动力胶体纳米粒子的趋化性的实验证明在文献中报道，在静止流体或微流体通道中的化学吸引的背景下，其中梯度由特定的入口几何形状维持。在这项工作中，我们使用介观粒子为基础的模拟胶体和溶剂，以证明在微流体通道的趋化性。在此基础上的颗粒为基础的模型，我们评估的化学浓度分布在被动或化学活性胶体的存在下，计算作用于他们的趋化力，并提出了一个随机模型，合理化我们的研究结果对胶体趋化性。我们的模型也能够解释早期的模拟工作，使用一个更简单的几何形状，并扩展其解释的结果。
2017-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical Casimir forces steered by patterned substrates
在软物质中的各种有效力中，所谓的临界Casimir力的空间范围和方向-由接近连续相变的增强热涨落产生-可以在很大程度上被控制和可逆地修改。特别是，微小的温度变化的流体溶剂，这提供了近临界的热波动，导致溶质颗粒之间的有效相互作用的范围和强度的显着变化。此功能允许控制，例如，胶体分散体的聚集或胶体在化学或形貌图案化基底存在下的空间分布。作用在溶质颗粒上的有效力的空间方向仅取决于浸没颗粒的表面性质，并且可以通过适当图案化的表面在空间上调制。这些临界Casimir力在很大程度上与溶剂和限制表面的特定材料性质无关。临界现象的这一特性的普遍性允许在合适的代表性和简化模型方面对临界卡西米尔力进行系统和定量的理论研究。在这里，我们强调了最近的理论和实验进展，特别强调的许多可能性控制这些部队的基板图案的临界卡西米尔部队。
2010-11-08 cond-mat.soft
Friction of rubber with surfaces patterned with rigid spherical asperities
本文报道了光滑的橡胶基底与覆盖有不同密度的胶体纳米颗粒（平均直径77 nm）的刚性表面滑动的摩擦性能。使用透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡胶与表面烧结有二氧化硅纳米颗粒的二氧化硅透镜接触进行摩擦实验。使用先前描述的方法（Nguyen \textit{et al.}，\textit{J. of Adhesion} \textbf{87}（2011）235 - 250），从PDMS弹性体表面处的位移场的测量确定接触件内的表面剪切应力和接触压力分布。与光滑透镜相比，二氧化硅纳米颗粒的添加导致摩擦剪切应力的强的、压力无关的增强。粘弹性损失的贡献，这些增加的摩擦性能进行了分析，在光的数值模型，解决了橡胶和粗糙表面之间的接触问题。一个数量级的协议之间获得的实验和理论结果，后者表明，粘弹性耗散接触内的计算是非常敏感的刚性凸体的地形的细节。
2017-01-27 cond-mat.soft
Rigid flocks, undulatory gaits, and chiral foldamers in a chemically active polymer
该研究模拟并理论分析二维谐振弹簧连接的活性布朗粒子链，揭示轨迹介导化学作用如何产生刚性、坍缩晶体及手性、波动和反转等非互易集体行为。
2024-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusiophoretically induced interactions between chemically active and inert particles
在存在化学活性颗粒的情况下，附近的化学惰性颗粒可以响应浓度梯度并通过扩散电泳移动。运动的性质研究了两种情况下：第一，一个固定的反应球和一个移动的惰性球，第二，自由移动的反应和惰性球。连续反应扩散和斯托克斯方程解析求解这些系统和微观模拟的动力学进行。虽然两个系统中球体的相对速度非常相似，但流线和流速场的局部和全局结构却截然不同。对于自由移动的球体，当两个球体彼此接近时，惰性球体通过扩散电泳产生的流动将反应性球体拖向它。这导致能够在溶液中推进自身的自组装二聚体马达。在二聚体形成的时刻，流体流场改变方向。在二聚体的球体尺寸的比例的影响的流场的特性，这一功能表明，球形胶体颗粒的主动自组装可以通过在这样的反应系统中的球体尺寸的变化来操纵。
2018-06-22 cond-mat.soft
Jetting Micron-Scale Droplets onto Chemically Heterogeneous Surfaces
我们报告的实验研究微米级的流体液滴喷射到表面图案与疏液和亲液条纹的行为。最终的液滴形状取决于相对于条带的液滴尺寸的液滴尺寸。特别是当液滴半径是相同的数量级的条纹宽度，最终的形状是由液滴的动态演变，并显示出敏感的依赖于初始液滴的位置和速度。液滴运动的动力学方程的数值解提供了一个密切的定量匹配的实验结果。这证明有助于解释数据，并允许准确预测各种表面的液滴行为。
2003-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mesoscopic simulations of anisotropic chemically-powered nanomotors
化学动力的自推进胶体通过将局部能量源转化为定向运动来产生马达力，这一过程已经在实验和计算模型中进行了探索。如果我们了解这些基本成分的行为，那么使用活性胶体作为纳米技术的构建块为有趣的应用打开了大门。我们建立了一个一致的介观模拟模型的自推进胶体的复杂形状的目的是解决他们的平移和旋转运动之间的耦合。考虑一个被动的L形胶体粒子，研究其布朗动力学，并确定其流体动力学中心，即平移和旋转解耦的跟踪点。活跃的L粒子显示相同的盘旋轨迹，已被发现的实验，结果，我们比较布朗动力学模型。我们提出了流体动力学的作用，通过比较我们的结果与流体模型，其中粒子的速度是随机重置。在那里，轨迹只显示随机方向。我们得到这些原始的模拟结果，没有任何参数化的算法，这使得它成为一个有用的方法，活性胶体的初步研究，实验工作之前。
2018-11-19 cond-mat.soft
Active colloidal propulsion over a crystalline surface
我们从实验和理论两方面研究了二维晶体表面上化学自推进Janus胶体移动的动力学。表面是一个六角形的紧密堆积的单层胶体颗粒的大小相同的移动。自推进胶体的动力学反映了由于周期性表面而导致的受阻扩散与由于主动运动而导致的增强扩散之间的竞争。哪种贡献占主导地位取决于推进强度，而推进强度可以通过改变化学燃料的浓度来系统地调整。从实验中得到的均方位移表现出增强扩散在长滞后时间。我们的实验数据是一致的朗之万模型有效的二维平移运动的一个活跃的布朗粒子在一个周期性的潜力，结合重力和晶体表面的限制效果与自由旋转扩散的胶体。近似的分析预测的均方位移描述的交叉从自由布朗运动在短时间内积极扩散在长时间。结果是在半定量协议与数值结果的一个精致的Langevin模型，对待平移和旋转自由度在同一立足点。
2017-07-18 cond-mat.soft
Patterned Substrates Unlock Self-Electrophoretic Phenomenon in Active Janus Microswimmers
Istituto di BioRobotica-Scuola Superiore Sant’Anna（机器人研究所圣安娜高等学院）；Wageningen University & Research（瓦赫宁根大学与研究）；Center for Materials Interfaces, Electron Crystallography, Italian Institute of Technology（意大利理工学院材料界面与电子晶体学中心）
本文提出用含球形凹槽的图案化基底制备Janus主动粒子，可调控铂厚度对比度、抑制Pt桥，在2.5% H₂O₂中提升推进效率，间接支持自电泳为主动粒子主要推进机制。
2026-09-04 cond-mat.soft
Tunable interactions between paramagnetic colloidal particles driven in a modulated ratchet potential
我们从实验和理论上研究了分散在水中的顺磁粒子与驱动到条纹图案化磁性石榴石膜表面上方的顺磁粒子之间的相互作用。外部旋转磁场调制石榴石膜的杂散场，并产生诱导定向粒子运动的平移势场。通过改变旋转场的椭圆率，我们将粒子间的相互作用从净吸引调整为净排斥。对于有吸引力的相互作用，我们表明，粒子对可以相互接近，形成稳定的双峰，然后沿着调制景观以恒定的平均速度。我们测量运动粒子之间的吸引力的强度，并提出了一个易于分析的模型，解释了观测结果，并与实验定量一致。
2014-01-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Swarm Hunting and Clusters Turning Inside Out in Chemically Communicating Active Mixtures
大量的微生物产生分子，通过复杂的信号机制，如群体感应和趋化性进行通信。生物多样性是巨大的，但合成无生命的胶体微游泳者模仿微生物通信（合成趋化性），并可能被用来探索集体行为超越一个物种的限制，在更简单的设置。在这项工作中，我们结合基于粒子和连续模拟以及线性稳定性分析，并研究了两个趋化物种的物理极小模型。我们观察到一个丰富的相图，包括一个“狩猎群阶段”，其中两个物种自我分离，并形成成群，追求，或狩猎对方，和一个“核壳簇阶段”，其中一个物种形成一个密集的集群，这是由其他物种的粒子（波动）电晕包围。一旦形成，这些集群可以动态地从内到外，代表着“物种逆转”。这些结果为微生物和活性胶体的集体行为提供了一条物理途径，迄今为止，这种行为只发生在昆虫或甲壳类动物等相对较大和复杂的动物身上。
2019-09-30 cond-mat.soft
Controlling placement of nonspherical (boomerang) colloids in nematic cells with photopatterned director
将胶体颗粒放置在预先设计的位置代表了当前最先进的胶体科学的主要挑战。具有空间变化的指向矢图案的向列型液晶代表了一种很有前途的方法，以实现良好控制的胶体颗粒的放置，这要归功于颗粒和周围的分子取向景观之间的弹性力。在这里，我们演示了如何空间变化的导演字段可以用来控制放置的非球形粒子的回飞镖形状。回飞棒胶体产生偶极对称的指向矢扭曲。当一个回飞棒粒子被放置在一个周期性的展曲-弯曲指向矢图案中时，它会向最大弯曲的区域迁移。的行为与正常的表面锚定，这也产生偶极指向矢扭曲的球形颗粒之一，但更喜欢划分成具有最大张开的区域。因此，展曲-弯曲周期性景观允许人们在空间上分离这两种类型的粒子。通过探索过阻尼动力学的胶体，我们确定弹性驱动力负责的优先位置。通过图案化分子取向控制胶体位置可以探索用于微流体、芯片实验室、传感和分选装置中的未来应用。
2016-11-14 cond-mat.soft
Sedimentation of active colloidal suspensions
本文对重力场作用下活性胶体悬浮液的非平衡稳态进行了实验研究。活性粒子由化学动力胶体制成，在添加燃料（这里是过氧化氢）的情况下显示出自我推进。在专用的微流体装置中研究了活性悬浮液，该装置由可渗透的凝胶微结构制成。单个胶体的微观动力学和重力下的悬浮液的全球静止状态-密度分布，数量波动-用光学显微镜测量。这允许连接的沉降长度的个人自推进的动态，这表明在本稀释制度的活性胶体的行为作为“热”粒子。我们的工作是人工活性系统的非平衡性质的实验探索的第一步。
2010-04-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Ice Rule Fragility via Topological Charge Transfer in Artificial Colloidal Ice
人造粒子冰是受约束、相互作用的粒子的模型系统。他们已被引入理论研究冰流形出现挫折，随着畴壁和晶界动力学，掺杂，钉扎脱钉，控制运输的拓扑缺陷，雪崩和记忆效应。最近，这种基于粒子的冰已经通过纳米图案超导体或引力捕获胶体中的涡旋实验实现。在这里，我们证明，虽然这些冰通常被认为是等同于磁自旋冰，他们可以访问一个新的频谱的现象，是无法访问后者。通过实验、理论和模拟，我们证明了在混合配位几何中，熵驱动的负单极子自发地以由顶点混合比确定的密度出现。与其基于自旋的类似物不同，胶体系统显示出“脆弱的冰”流形，其中局部能量学反对冰规则，而不是通过全局拓扑电荷守恒来执行。脆弱的胶体冰，拓扑稳定，可以自发地打破拓扑电荷转移。
2018-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Surface induced ordering in thin film diblock copolymers: tilted lamellar phases
我们研究了化学图案化表面对有序-无序转变下二嵌段共聚物形态的影响。在弱偏聚极限下，利用自由能的Ginzburg-Landau展开式，用平均场论处理，得到了与一个表面接触或限制在两个表面之间的层状相的轮廓。周期性图案化的表面引起薄片的倾斜，以便匹配表面周期性。层状相从靠近表面的约束周期性向远离表面的体周期性弛豫。我们研究的相是对两个表面均匀时出现的混合（垂直和平行于表面）层状相的推广。一个特殊的情况下，当表面图案的周期等于显示“T-结”形态的散装片层周期进行检查。我们的解析计算与以前的计算机模拟和自洽场论一致。
2001-08-16 cond-mat.soft
Highly Parallel Acoustic Assembly of Microparticles into Well-Ordered Colloidal Crystallites
微观物体的精确排列对于功能材料和华丽图案表面的开发至关重要。在这里，我们提出了一种基于声学的方法，用于将微观颗粒快速排列成有组织的和可编程的架构，这些架构在方形组装室内周期性地间隔开。这种宏观尺度的装置采用二维体声波驻波来推动颗粒沿着腔室的底部朝向压力节点或波腹，这取决于颗粒的声学对比因子，并且能够在几分钟内同时产生数千个尺寸受限的各向同性和各向异性组件。我们配对实验与布朗动力学模拟模型的迁移动力学和组装模式的球形微粒。我们使用这些见解来预测，并随后验证屈曲的组件到三维集群的实验后，增加声压幅度和颗粒浓度的发病。模拟还用于通知我们的实验，用于组装非球形粒子，然后通过流体蒸发回收，并直接通过电子显微镜检查。这种用于组装颗粒的方法提供了优于其他方法的几个显著优点（例如，磁性、电动力学和光学镊子），包括简单性、速度和可缩放性，并且还可以与其他这样的方法一起使用，以增强可实现的组件的类型。
2015-11-03 cond-mat.soft
Particle selection through topographic surface patterns in nematic colloids
我们建议使用的地形调制的表面选择和本地化的粒子在胶体中。通过考虑凸和凹变形的限制表面之一，我们表明，胶体平面排斥可能会增强或切换为吸引力。特别是，我们发现，当胶体颗粒具有相同的锚定条件的图案化的表面，它们被强烈吸引到凹窝，而如果它们表现出不同的锚定条件，它们被钉在凸突起的顶部。虽然主要由弹性相互作用的第一种机制是让人想起耗尽诱导的吸引力或键锁机制，而第二种是特定的液晶胶体。这些远程的，高度可调的，表面胶体相互作用的模板辅助组装的大型胶体晶体的发展，具有良好定义的对称性，所需的应用程序作出贡献。
2014-06-03 cond-mat.soft
1-D Cluster Array at the Three Phase Contact Line in Diluted Colloids Subjected to A.C. Electric Fields
胶体颗粒提供了从胶体分散体构建多尺度结构化材料的有效手段。在这份简报中，我们解释了在三相接触线上形成胶体团簇阵列的实验证据。我们研究了低频外部交变电场对向空气开放的稀胶体分散体的影响。我们专注于团簇形成和他们的演变在弯月面测量特征时间和长度。我们观察到，集群是由一个明确定义的长度分开，并在我们的实验条件下，他们生存之间的五到十五分钟。这些新的结果可能是在非图案化基板上构建定制胶体结构的技术相关性。
2011-05-02 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Trapping colloids near chemical stripes via critical Casimir forces
我们从理论和实验上研究了溶剂介导的临界Casimir力作用于胶体颗粒浸没在水和2，6-二甲基吡啶的二元液体混合物和接近基板的化学图案与周期性交替条纹的拮抗吸附偏好。这些图案通过微接触印刷实验实现。在接近溶剂的临界分层点时，法向和侧向临界Casimir力产生用于胶体的侧向限制有效势。我们详细分析了接近这种基板的球形胶体的丰富的行为。对于我们研究的所有图案化衬底，我们对这些有效电势的测量与相应的理论预测一致。由于临界Casimir力的方向和强度都可以通过微小的温度变化来调整，这为控制胶体作为模型系统提供了一种新的机制，为应用开辟了令人鼓舞的前景。
2011-05-10 cond-mat.soft
Self-assembled contacts to nanoparticles using metallic colloidal spheres
悬浮液中粒子的自发组装为具有纳米级控制的设备的廉价制造提供了策略，例如用于存储器或逻辑应用的单电子晶体管。然而，形成具有所需纳米级间距的电极的可缩放且稳健的方法仍然是一个主要挑战。在这里，我们展示了一个简单的组装方法，其中金属胶体球作为电极。通过在悬浮液中组装，然后沉积到图案化衬底上来形成器件。这种方法的关键是电极间（球体间）间距自发地设置为允许与单层纳米颗粒的隧穿接触。由于纳米粒子的小尺寸和大的静电荷能，测量的电流表现出库仑阻塞。我们表明，器件电阻可以通过一个栅电极进行调谐。我们的研究结果展示了一种全新的方法来廉价和大规模制造电子器件，如具有纳米级特征的晶体管。
2006-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Critical Casimir levitation of colloids above a bull's-eye pattern
本研究利用近临界流体中的临界卡西米尔力，实现胶体在牛眼图案化基底上方的悬浮，揭示了多种悬浮行为及参数依赖关系，为胶体分选和临界距离测定提供了新途径。
2024-09-12 cond-mat.soft
Critical Casimir forces between homogeneous and chemically striped surfaces
最近的实验测量了临界Casimir力作用于胶体浸入在一个二元液体混合物附近的连续分层相变，并暴露于一个化学结构的基板。受这些实验的启发，我们研究了一个系统的临界行为，它属于伊辛普适性类，为膜的几何形状与一个平面壁化学条纹，这样就有一个横向交替吸附偏好的两个物种的二元液体混合物，这是由表面场实现。对于相对的壁，我们采用交替均匀的吸附偏好或均匀的Dirichlet边界条件，其中在晶格模型内是通过开边界条件实现的。通过平均场论、蒙特卡罗模拟和有限尺寸标度分析，确定了作用在两平行壁上的临界Casimir力及其相应的普适标度函数。我们表明，在限制的条纹宽度小的膜厚度相比，条纹表面上的系统有效地实现狄利克雷边界条件，一般不适用于实际流体。此外，临界Casimir力被发现是吸引力或排斥力，这取决于化学图案化表面的条纹的宽度和施加到相对表面的边界条件。
2013-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics and Separation of Circularly Moving Particles in Asymmetric Patterned Arrays
有许多驱动和活性物质系统的例子，这些系统含有表现出具有不同手性的圆周运动的颗粒，例如表面附近的游动细菌或某些类型的自驱动胶体颗粒。被动粒子的圆周运动也可以通过外部旋转驱动器来诱导。在这里，我们研究的粒子，在圆圈中移动，并与不对称的L形障碍物的周期性阵列相互作用。我们发现一系列的动态阶段作为游泳半径的函数，包括政权的粒子运动被整流，产生净直流运动。整流的方向随游动半径而变化，允许分离具有不同游动半径的颗粒。具有相同游动半径但不同手性的粒子也可以在衬底上沿不同方向运动并被分离。整流发生在对应于周期性轨道的游动半径的特定窗口中，在该周期性轨道中，粒子在每个旋转周期中与屏障相互作用一次或多次。整流效应对热效应或扩散效应的增加是鲁棒的，并且在某些情况下甚至被这些效应增强。
2013-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
