Velocity oscillations in confined channel flows of concentrated colloidal suspensions
利用快速共聚焦显微镜，在单粒子水平上研究了玻璃微通道中浓胶体的压力驱动流动。对于通道与颗粒尺寸比$a/\bar{D} \lesssim 30$，悬浮颗粒的流速显示波动。对于更高的约束（$a/\bar{D} \simeq 20$），这些转变成规则振荡。我们提出的证据链接这些振荡与溶剂和颗粒（渗透）的相对流量和剪切增稠的约束效果。
2008-06-27 cond-mat.soft
Inhomogeneous Diffusion in Confined Colloidal Suspensions
本研究通过共聚焦显微镜实验与计算机模拟，定量分析了粗糙壁受限胶体悬浮液的动力学性质，揭示了非均匀扩散等受限印记并探究了表面粗糙度的影响，推进了对受限流体动力学的理解。
2025-04-29 cond-mat.soft
On the role of hydrodynamic interactions in colloidal gelation
在这封信中，我们调查的流体力学相互作用的影响相分离诱导的胶体颗粒的凝胶化的几个方面。我们解释物理观察田中和荒木[物理学。{ \bf 85}，1338（2000）]中描述了二维细胞网络结构的流体动力学稳定。我们表明，流体动力学相互作用只有一个微小的定量影响的瞬态凝胶在三维的结构。我们讨论了我们的研究结果的一些实验意义。
2006-04-18 cond-mat.soft
Modeling the Behavior of Confined Colloidal Particles Under Shear Flow
The University of Western Ontario（韦仕兰大学）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
该研究采用结合晶格玻尔兹曼流体的分子动力学模拟，探究受限胶体在剪切流中的准二维有序化行为，给出相图并证实层间颗粒交换对进入无序相的必要性。
2014-09-17 cond-mat.soft
Soliton Staircases and Standing Strain Waves in Confined Colloidal Crystals
我们表明，通过计算机模拟的二维晶体限制的波纹壁的限制，可以用来施加一个可控的介观的主要是机械弹性特征的超结构。由于系统的粒子密度和限制通道的宽度D的相互作用，可以沿着两个平行的限制边界产生“孤子阶梯”，这在整个晶体中引起应变驻波。这些波的周期性与D的周期性相同。这种机制应该是有用的各种纳米材料的自组装结构的形成。
2009-12-07 cond-mat.soft
Brownian motion and the hydrodynamic friction tensor for colloidal particles of complex shape
我们合成了各种各向异性形状的胶体颗粒，并使用共聚焦显微镜跟踪其定向分辨的布朗轨迹。适当的短时间关联函数的分析提供了直接访问的流体动力学摩擦张量的粒子揭示非平凡的耦合之间的平移和旋转的自由度。结果与实验确定的颗粒形状在低雷诺数制度的流体动力学摩擦张量的计算是一致的。
2014-01-25 cond-mat.soft
A Simulation Method to Resolve Hydrodynamic Interactions in Colloidal Dispersions
本文提出了一种新的计算方法来求解不可压缩流体中固体颗粒的水动力相互作用。在这种方法中，固体颗粒和宿主流体之间的边界被替换为一个连续的界面，假设一个平滑的轮廓。这使我们能够有效和准确地计算流体动力学相互作用，而不忽略多体相互作用。通过计算在不可压缩牛顿流体中运动的单圆柱杆所受的阻力，验证了该方法的有效性。然后，该方法被应用于模拟胶体分散体的沉降过程。
2004-10-19 cond-mat.soft
Universal hydrodynamic mechanisms for crystallization in active colloidal suspensions
在活性胶体悬浮液中缺乏细致平衡允许耗散以确定静止状态。在这里，我们表明，缓慢的粘性流动产生的极性或非极性的活性胶体附近的平面壁介导有吸引力的水动力，驱动结晶。流体动力学介导的扭矩往往会使晶体不稳定，但稳定性可以通过临界量的底部沉重或手性活性来恢复。数值模拟表明，结晶是不成核的，在平衡，但之前由一个类似的失稳。谐波激发的活性晶体放松扩散，但正常模式是不同的平衡胶体晶体。这里提出的流体力学机制是普遍的，合理化最近的实验活性胶体的结晶。
2016-11-23 cond-mat.soft
Tagged-particle motion in quasi-confined colloidal hard-sphere liquids
利用周期性边界条件，研究了强相互作用准封闭液体中示踪粒子的运动。在模式耦合理论的玻璃化转变（MCT），我们计算的自非遍历性参数和自中间散射函数，并比较它们与事件驱动的分子动力学模拟。我们观察到非单调行为的平面内均方位移和进一步的关联函数，它涉及更高的模式索引编码的垂直运动的信息。面内速度自相关函数揭示了持续的反相关与负的代数幂律衰减$t^{-2}$在所有的包装分数。
2021-09-12 cond-mat.soft
Bi-axial shear of confined colloidal suspensions: the structure and rheology of the vorticity-aligned string phase
利用一种新型的双轴共焦流变仪，我们研究了约束条件下剪切胶体悬浮液的结构和流变性。与以前的工作一致[X. Cheng \textit{et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.}，2011，109，63]，我们在单轴剪切下在中等浓度的胶体悬浮液中观察到涡旋对齐的弦相。使用双轴剪切协议，我们直接操纵的字符串结构的方向和形态。同时，我们使用双轴力测量装置测量了沿流动和涡度方向的悬浮液流变学。我们的研究结果表明，尽管高度各向异性的微观结构，悬浮液粘度保持各向同性和恒定的剪切速率探索。这些结果表明，流体动力学的贡献占主导地位的悬浮液响应。此外，他们强调双轴共焦流变仪的能力，阐明复杂流体的微观结构和流变学之间的关系。
2013-05-31 cond-mat.soft
Simulating (electro)hydrodynamic effects in colloidal dispersions: smoothed profile method
以前，我们已经提出了一个直接模拟方案的胶体分散体在牛顿溶剂[物理评论E 71，036707（2005）]。本文提出了一种称为“平滑剖面（SP）法”的改进公式，其中同时对宿主流体和胶体进行时间推进。SP法是一种直接数值模拟颗粒流动的方法，它通过利用胶体颗粒的光滑剖面，提供了连续流体动力学和刚体动力学之间的耦合方案。此外，改进的配方包括一个扩展，以纳入多组分流体，允许系统，如带电胶体在电解质溶液进行研究。的胶体分散体的动力学解决了相同的计算成本所需的解决非颗粒流。数值结果评估胶体分散体的流体动力学相互作用的验证SP方法。SP方法不限于特定的本构模型的主机流体，因此可以应用于复杂流体中的胶体分散体。
2008-05-09 cond-mat.soft
Single-particle level access to hydrodynamic and frictional coupling between spheres in dense colloidal suspensions
胶体球在稠密悬浮液中的旋转布朗运动反映了局部流体动力学和摩擦力，这两者对于非线性流变学现象如剪切增稠和堵塞以及拥挤环境中的运输（包括细胞内迁移和血液流动）都是关键的。为了从实验上充分阐明旋转动力学的作用，同时测量所有球体的平移和旋转运动是至关重要的。在这里，我们开发了成分均匀的胶体球，其具有偏心的、完全嵌入的核心，该核心具有与颗粒体不同的荧光团，允许在单颗粒水平上访问所有颗粒的旋转运动。我们揭示了带电胶体晶体中的粒子间流体动力学旋转耦合。我们还发现，较高的局部结晶度在致密的晶体增强旋转扩散，和几乎逮捕的颗粒表现出粘滑旋转运动由于摩擦耦合。我们的方法揭示了大量未开发的局部旋转动力学的致密胶体材料中的球形颗粒。
2020-07-09 cond-mat.soft
Influence of hydrodynamics on many-particle diffusion in 2D colloidal suspensions
我们通过一种新的介观模拟技术研究了具有完全流体动力学相互作用的二维胶体悬浮液中的多颗粒扩散。我们专注于行为的有效缩放示踪剂和集体扩散系数$D_T(ρ) / D_0$和$D_C(ρ) / D_0$，其中$D_0$是单粒子扩散系数，作为胶体$ρ$的密度的函数。在低施密特数$Sc={\cal O}(1)$，我们发现，流体力学基本上没有影响的行为$D_T(ρ)/D_0$。在较大的$Sc$，$D_T(ρ)/D_0$是增强在所有密度，虽然与没有流体动力学的情况下相比的差异很小。另一方面，集体扩散系数与流体力学守恒律的耦合更强，与纯耗散情况明显不同。
2003-02-05 cond-mat.soft
Phase Behavior in Thin Films of Confined Colloid-Polymer Mixtures
利用自洽场和密度泛函理论，我们首次研究了聚合物接枝的两个软表面之间的胶体/聚合物膜的胶体自组装。随着胶体浓度的增加，薄膜在平面上经历了一系列从无序液态$\to$稀疏方形$\to$六方（或混合方形-六方）$\to$密集方形$\to$圆柱结构的转变，这是聚合物刷的熵弹性与胶体颗粒的空间堆积效应之间的竞争所致.相图显示了不同的层内有序结构的稳定区域，作为胶体浓度的变化和分层过渡的聚合物接枝密度降低。我们的研究结果显示了一种新的控制机制，以稳定有序的薄膜内的结构。
2006-10-21 cond-mat.soft
Colloidal Microworms Propelling via a Cooperative Hydrodynamic Conveyor Belt
本文研究了在椭圆极化旋转磁场作用下，在粘性流体中动态组装和驱动的微型胶体转子所产生的推进力。在一个封闭板附近，这种自组装的微观蠕虫的运动是由旋转的颗粒产生的协同流动引起的，这些颗粒充当了流体动力学的“传送带”。“转子链的推进速度比单个转子快，直到在诱导流加性消失的距离处达到饱和速度。通过实验和理论论证相结合，我们阐明了运动的机制，并充分表征的推进速度的字段参数。
2016-01-05 cond-mat.soft
Colloid-Colloid Interactions Impact Network Morphology of Confined Colloidal Drying Patterns
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Warsaw University of Technology（华沙理工大学）
该研究探究受限胶体干燥图案的网络形态，通过改变盐浓度调控胶体相互作用，发现其遵循默里定律，盐浓度会影响网络拓扑结构。
2026-10-14 cond-mat.soft
Dynamic heterogeneities and non-Gaussian behavior in two-dimensional randomly confined colloidal fluids
超顺磁性胶体颗粒的二元混合物被限制在玻璃板之间，使得大颗粒变得固定，并为仍然移动的小颗粒提供二维无序基质，其形成流体。通过改变流体和基质面积分数，并通过外部磁场调节超顺磁性颗粒之间的相互作用，探索了状态图的不同区域。移动粒子在小的基质面积分数下表现出离域动力学，在高的基质面积分数下表现出局域运动，并且局域化转变被软相互作用圆化[T. O. E. Skinner等人，Phys.Rev.Lett. { \bf 111}，128301（2013）]。扩展以前的工作，我们发现的动力学示踪剂是强烈的异质性，并表明，分子动力学模拟的理想气体局限在一个固定的矩阵表现出类似的行为。模拟显示了这些软相互作用如何使动力学比无序洛伦兹气体更不均匀，并导致强烈的非高斯波动。
2016-08-17 cond-mat.soft
Structures and dynamics of glass-forming colloidal liquids under spherical confinement
最近的理论预测，当一个过冷液体接近玻璃化转变，颗粒簇与一个特殊的“无定形秩序”的液体内成核，这导致静态相关性指示液体松弛的急剧放缓。然而，这一预测尚未在3D实验中得到验证。在这里，我们设计了一个胶体系统，其中颗粒被限制在球形空腔内，边界处钉扎着一层无定形颗粒。使用这个新的系统，我们捕获的无定形顺序的粒子团簇，并展示了静态相关的发展。此外，通过研究球形约束样品的动力学，我们揭示了静态相关性对胶体液体弛豫的深刻影响。在类比与随机钉扎粒子的玻璃形成液体，我们提出了一个简单的关系，为改变的构型熵的限制胶体液体，定量地解释了我们的实验结果，并说明了一个发散的静态长度尺度在胶体玻璃化转变。
2016-03-02 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions in a binary-mixture colloidal monolayer
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional（卡洛斯一世理论与计算物理研究所）
研究二元混合物胶体单层中流体动力学相互作用的影响，发现当粒子种类差异极大时，大粒子的浓度动力学遵循傅立叶定律，但集体扩散率由小粒子的扩散率决定。
2026-05-11 cond-mat.soft
The configurational entropy of colloidal particles in a confined space
用蒙特卡罗积分方法计算了受限几何中胶体粒子作为硬盘相互作用的构型熵。特别是，我们考虑系统的三种边界条件：硬，周期和球形。当填充分数$ϕ$较小时，随着颗粒数$N$的增加，周期性边界条件和球形边界条件下系统的颗粒熵趋于相同，而硬边界条件下系统的颗粒熵在所研究的$N$范围内与它们相比仍有明显差异.令人惊讶的是，尽管小的系统尺寸，在无限大的系统尺寸从外推的周期性和球形系统的估计熵每粒子是在合理的协议与使用热力学积分方法计算。此外，随着$N$的增加，我们发现对关联函数开始表现出类似于大的自组装系统在相同的包装分数的功能。我们的研究结果可能有助于更好地理解构型熵如何随系统尺寸和边界条件的影响而变化，并为受限空间中的工程粒子提供相关见解。
2022-04-30 cond-mat.soft
Stochastic thermodynamics of a confined colloidal suspension under shear flow
基于布朗动力学模拟，我们研究了剪切流作用下受限胶体悬浮体系非平衡定态的热力学特征。具体来说，我们考虑一个薄膜组成的带电粒子在窄缝孔限制，形成两个层的二次面内结构的平衡。这个多体系统显示出三种不同的稳态，其特征在于独特的动力学和流变学响应所施加的剪切流。计算功和热，我们发现这两个量通过它们的平均值和分布来表示不同的状态。一个特别有趣的情况发生在大的剪切速率，其中颗粒执行集体之字形运动。在这里，我们发现一个双稳态的粒子运动的相位同步的程度。事实证明，这种双稳态是理解整体平均功分布的关键。对于所有的状态，我们比较的工作和热分布的有效的单粒子系统。通过这一点，我们的目标是识别随机热力学量的多体特征。
2018-09-06 cond-mat.soft
Direct observation of hydrodynamic instabilities in driven non-uniform colloidal dispersions
一个瑞利-泰勒样的不稳定性的致密胶体层重力下的微流体尺寸的毛细管被认为是。我们访问所有相关的lengthscales与粒子级显微镜和计算机模拟，其中包括远程粒子之间的流体动力学相互作用。通过调节引力驱动力，我们揭示了一种机制，其增长连接到特定波长的波动，非线性斑图形成和随后的扩散为主的弛豫。我们的线性稳定性理论捕获的初始政权，从而预测混合条件，从生物学到纳米技术领域的重要影响。
2008-10-07 cond-mat.soft
Dynamical density functional theory with hydrodynamic interactions and colloids in unstable traps
提出了一种胶体动力学的密度泛函理论，它包括胶体颗粒之间的流体动力学相互作用。该理论被应用到动态的胶体粒子在光阱中的时间周期性地切换从一个稳定的到不稳定的限制电位。在没有流体动力学相互作用的情况下，由此产生的密度呼吸模式，在陷阱中心表现出巨大的振荡，几乎完全由流体动力学相互作用阻尼。预测的动力学密度场与布朗动力学的计算机模拟结果吻合得很好。
2008-03-13 cond-mat.soft
Anisotropic memory effects in confined colloidal diffusion
在流体动力学记忆是显着的时候，一个光学捕获的球附近的壁的运动进行了研究。首先，我们量化，在散装，所产生的限制对球体的速度自相关函数$C(t)$的捕获潜力的影响。接下来，我们研究了当球体朝向表面时，$C(t)$分裂成$C_\parallel(t)$和$C_\perp(t)$。因此，我们监测的交叉，从一个缓慢的$t^{-3/2}$长时间的尾巴，远离墙壁，一个更快的$t^{-5/2}$衰减，由于流体动力学回流和壁效应之间的微妙的相互作用。最后，我们讨论了由此产生的非对称的时间依赖的扩散系数。
2008-05-21 cond-mat.soft
Anomalous interactions in confined charge-stabilized colloid
分散在1：1弱电解质中的电荷稳定的胶体球应该彼此排斥。因此，实验证据的异常远程类荷吸引力诱导几何约束激发了一个爆发的活动。这在很大程度上已经平息，因为人们对实验的可靠性和解释一直存在疑虑。我们描述了一个新的类的自洽胶体相互作用的测量，确认由一个或两个边界墙限制的胶体球之间的成对吸引力的外观。除了支持先前关于这种尚未解释的效应的说法外，这些测量还为其机制提供了新的解释。
2004-04-13 cond-mat.soft
Shear-induced laning transition in a confined colloidal film
使用布朗动力学（BD）模拟，我们研究了一个密集的带电胶体系统暴露于剪切流在一个封闭的（缝孔）的几何形状。在零流量的平衡系统由三个，明显的层与方形晶体平面内结构。我们证明，足够大的剪切速率，中间层分离成两个子层的颗粒组织成移动车道与相反的速度。这种微巷道状态的形成导致所施加的剪切轮廓的破坏。它不仅对系统的结构有很强的影响，而且对通过应力张量测量的流变性也有很强的影响。在较高的剪切速率下，我们观察到一个无序的状态，最后再结晶的双层膜的行为让人想起。我们期望剪切诱导的拉向是具有三层或更多层的薄膜的一般特征。
2017-01-19 cond-mat.soft
Drying dynamics of a charged colloidal dispersion in a confined drop
我们进行了彻底的调查，在一个封闭的几何形状的带电胶体分散液滴的干燥动力学。我们开发了一种基于拉曼显微光谱的原始方法来测量液滴干燥过程中的空间分辨胶体浓度分布。这些测量导致，第一次，估计的集体扩散系数的分散在很宽的范围内的浓度。集体扩散系数是一个数量级高于斯托克斯-爱因斯坦估计的浓度梯度的松弛的静电相互作用的重要性。与此同时，我们还进行了荧光成像的示踪剂嵌入分散液中的干燥过程中的下降，这揭示了两个不同的制度。在早期阶段，沿液滴的浓度梯度导致浮力诱导的流动。引人注目的是，这些流动并不影响产生它们的胶体浓度梯度，因为质量传递仍然由扩散主导。在较长的时间尺度上，示踪剂的轨迹揭示了准均匀干燥的凝胶的形成。对于这样的凝胶，我们表明使用线性孔隙弹性模型，干燥动力学仍然是由相同的传输方程描述的液体分散体。然而，集体扩散系数遵循修改的广义斯托克斯-爱因斯坦关系，如Style等人在单向固结的上下文中所证明的那样[Crust formation in drying colloidal suspension，Style等人，程序R. A 467，174（2011）]。
2016-11-22 cond-mat.soft
Confined colloidal droplets dry to form circular mazes
本研究发现在狭缝中缓慢蒸发的颗粒液滴不形成咖啡环，而会形成复杂的圆形迷宫图案，并通过实验揭示了该图案形成的条件与影响因素。
2025-02-28 cond-mat.soft
Shear Excitation of Confined Colloidal Suspensions
我们表明，几何约束显着影响的剪切诱导的配置致密的单分散胶体悬浮液;出现一种新的结构，颗粒层屈曲堆叠在一个更有效的包装。剪切区中的体积分数由粘性应力和未剪切颗粒的接触储层的渗透压之间的平衡控制。我们提出了一个模型，占我们的意见，并有助于阐明复杂的相互作用之间的颗粒包装和剪切应力限制悬浮液。
2004-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Slow dynamics in cylindrically confined colloidal suspensions
我们研究了限制在玻璃微毛细管内的双分散胶体悬浮液，以模拟受限圆柱几何形状中的玻璃化转变。我们使用高速三维共聚焦显微镜观察颗粒运动的体积分数和管半径的范围很广。保持体积分数不变，我们发现颗粒在较薄的管中移动较慢。管壁诱导颗粒迁移率的梯度：颗粒在管壁附近移动得相当慢。这表明，约束引起的玻璃化可能是由于界面效应。
2012-09-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Unravelling the role of phoretic and hydrodynamic interactions in active colloidal suspensions
主动流体包括由浸入流体环境中的元件组成的各种系统，其可以将某种形式的能量转换为定向运动;因此，它们在没有任何外部作用力的情况下本质上是不平衡的。活性物质物理学中的一个基本问题是如何理解自主推进和主体-主体相互作用的特征决定了系统的集体动力学。我们研究数值悬浮液的自推进diffusiophoretic胶体，在（准）-2D配置，占两个动态解决溶质介导的泳相互作用和溶剂介导的流体动力学相互作用。我们的研究结果表明，该系统显示不同的方案在改变胶体-溶质的亲和力，它开发了一个集群相的化学吸引力的情况下。我们研究了不同幅度的胶体活性的集群大小和集群形态的统计。最后，我们提供的证据表明，流体力学起着相关的作用，聚集动力学和集群形态，显着阻碍集群的增长。
2019-06-25 cond-mat.soft
Depinning dynamics of confined colloidal dispersions under oscillatory shear
在剪切作用下，强约束的胶体分散体可以表现出多种动力学现象，包括脱钉转变和复杂的结构变化。在这里，我们调查的行为，这种系统下的纯振荡剪切剪切速率$\dotγ(t) = \dotγ_0 \cos(ωt)$，因为它是一个常见的情况下，在流变实验。胶体的脱钉行为是从粒子水平上评估的轨迹，从过阻尼布朗动力学模拟。的数值方法是由一个有效的单粒子模型的基础上，在弱和强驱动的限制分析的补充。通过研究剪切速率振幅$\dotγ_0$和频率$ω$的宽谱，我们观察到完全钉扎和暂时的去钉扎行为。我们发现，临时脱钉发生的剪切速率振幅以上的频率依赖的临界振幅$\dotγ_0^\mathrm{crit}(ω)$，我们得到一个近似的函数表达式。在一定频率范围内，接近$\dotγ_0^\mathrm{crit}(ω)$时，建立时间会大幅增加。在$\dotγ_0^\mathrm{crit}(ω)$之上，我们进一步观察到了各种动力学结构，其稳定性表现出有趣的（$\dotγ_0, ω$）依赖性。这可能为潜在的控制计划带来新的前景。
2022-12-05 cond-mat.soft
Simulating hydrodynamic interactions in colloidal suspensions using multiparticle collision dynamics with rigid-body constraints
Auburn University（奥本大学）；University of Houston（休斯顿大学）
本文提出一种基于多粒子碰撞动力学的模拟方法，通过刚体约束模型高效模拟胶体悬浮液的流体动力学行为，相比谐波键模型具有更小的计算开销和更大的时间步长，提升了模拟效率。
2026-04-15 cond-mat.soft
Elastic interaction between colloidal particles in confined nematic liquid crystals
本文提出了微米尺度轴对称胶体粒子浸入受限液晶中的弹性相互作用理论。得到了任意约束且边界面具有强锚定条件的NLC中单个胶体粒子的自能和两个粒子之间的相互作用能的一般公式。偶极-偶极相互作用的垂面和平面单胞与厚度$L$的特殊情况下被认为是指数屏蔽的衰减长度$λ_{dd}=\frac{L}π$的远距离。据预测，在平面细胞中的边界表面至关重要地改变通常偶极-偶极相互作用的吸引和排斥区。同时预测了四极相互作用中的\textit{the decay length}比偶极情况下的\textit{the decay length}为\textit{two times smaller}。
2010-02-18 cond-mat.other cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions in active colloidal crystal microrheology
在稠密的胶体中，通常认为流体动力学相互作用不起作用。然而，一个发现的理论量化往往是失踪。我们提出了计算机模拟的实验，其中一个大的胶体颗粒被拖动通过胶体晶体的动机。为了量化远程流体动力学的影响，我们模拟设置传统的朗之万动力学模拟和有限的流体动力学相互作用的改进方案。该方案显着改善了我们的结果，并允许表明，流体力学强烈影响缺陷的发展，晶体再生以及干扰行为。
2012-10-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Direction-dependent Dynamics of Colloidal Particle Pairs and the Stokes-Einstein Relation in Quasi-Two-Dimensional Fluids
流体动力学相互作用对于不同的流体，特别是那些具有低的胶体金数的流体，例如微生物和颗粒负载的悬浮液，以及在膜中扩散的蛋白质是重要的。不幸的是，虽然远场（渐近）流体动力学相互作用在二维和三维中得到了充分的理解，但近场相互作用却没有，因此我们对稠密流体悬浮液中的运动仍然缺乏了解。在这方面的贡献，我们实验探索准二维胶体流体中的近场粒子之间的流体动力学相关性。令人惊讶的是，所测得的位移和弛豫的粒子对的身体框架表现出方向依赖的动态，可以定量地连接到所测得的近场流体动力学相互作用。这些发现，反过来，提出了一个机制，如何以及何时流体力学可以导致无处不在的斯托克斯-爱因斯坦关系（SER）的崩溃。我们观察到这种故障，有趣的是，我们表明，方向相关的故障的SER改善沿方向的流体动力学相关性最小。总的来说，这项工作揭示了近场流体力学在二维流体传输和动态重组方面的重要影响。
2023-02-09 cond-mat.soft
A multiblob approach to colloidal hydrodynamics with inherent lubrication
本文提出了一种基于欧拉-拉格朗日混合公式的胶体颗粒流体力学的中分辨率模型。粒子是由一小部分重叠的佩斯金浸没边界核（blob）构成的，这些核由弹簧连接在一起，形成一个粒子不可穿透的核心。在这里，我们使用了12个斑点放置在一个二十面体的顶点，在其中心有一个额外的斑点。尽管颗粒表面没有明确解析，但我们表明短距离流体动力学响应（流动剖面、平移和旋转迁移率、润滑等）与球形胶体一致，并提供一致的有效半径。本多滴模型的一个显着的属性是，它自然地提出了一个“发散”的润滑力在有限的颗粒间的距离。这允许解决在致密胶体体积分数下的大粘度增加。中分辨率模型能够恢复高度非平凡的（多体）流体动力学使用小粒子的半径是类似的网格大小$h$（在范围$[1.6-3.2]\,h$）。考虑到嵌入流体相的成本与颗粒半径的立方相似，这一结果带来了显着的计算速度。我们的代码Fluam在图形处理器单元（GPU）中工作，并使用快速傅立叶变换进行泊松求解，这进一步提高了其效率。
2014-07-23 cond-mat.soft
The interplay between hydrodynamic and Brownian fluctuations in sedimenting colloidal suspensions
我们应用混合分子动力学和介观模拟技术研究硬球粒子的稳态沉降的Peclet数（Pe）从0.08到12。流体动力回流导致平均沉降速度相对于斯托克斯速度的降低。我们发现这种效应与Pe数无关。速度波动显示了在短的相关时间内热波动的预期效果。在较长的时间，非平衡流体动力学波动是可见的，其特点似乎是独立的热波动。流体动力学的波动占主导地位的扩散行为，即使是温和的Pe数，而相反的短时间的波动占主导地位的热效应的一个令人惊讶的大Pe数。受最近实验的启发，我们还研究了水平平面狭缝中的有限沉降。在我们的模拟中，出现了不同的横向图案，与实验中的观察结果一致。
2007-10-19 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions induce anomalous diffusion under partial confinement
在部分约束下，胶体颗粒的运动被限制在一个平面上，但它们的动力学受到流体动力学相互作用的影响，流体动力学相互作用是由包埋流体的无约束三维流动介导的。我们证明，这种维数失配引起的特征发散的二维集体扩散系数的胶体单层。这一结果，独立于特定的单分子层中的颗粒间的力，是完全由于运动学约束的胶体颗粒，它是不同于已知的发散的纯二维流体中的传输系数。
2013-05-16 cond-mat.soft
Hydrodynamics is Needed to Explain Propulsion in Chemophoretic Colloidal Rafts
本文构建由催化粒子与被动微球壳组成的活性胶体筏，证明仅扩散泳动无法解释推进，而需借助 Lorenz 互易定理纳入基底扩散渗透流的流体动力作用。
2023-09-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic Lubrication in Colloidal Gels
本研究通过多种流体动力学模拟发现，润滑相互作用显著影响低体积分数胶体凝胶的结构并加速老化，表明多体远场润滑建模对准确捕捉凝胶演化至关重要。
2023-06-20 cond-mat.soft
Exploring the role of hydrodynamic interactions in spherically-confined drying colloidal suspensions
Auburn University（奥本大学）；Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.（德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）
研究干燥球形液滴中胶体粒子分布，采用动态密度泛函理论和粒子模拟，发现流体动力学相互作用显著增强浓度梯度，但界面边界条件对分布影响不大，DDFT在自由排水情况下表现良好，但在高浓度下失效，需改进两体密度相关函数的近似。
2025-01-23 cond-mat.soft
Hydrodynamic and entropic effects on colloidal diffusion in corrugated channels
在没有平流的情况下，受限扩散表征了许多天然和人工装置（例如离子通道、沸石和纳米孔）中的传输。虽然关于这个问题的广泛的理论和数值研究已经产生了许多重要的预测，实验验证的预测是罕见的。在这里，我们实验测量胶体扩散时间在微通道周期性变化的宽度和对比结果与预测从菲克-雅各布斯理论和布朗动力学模拟。虽然理论和模拟正确地预测了不同通道宽度的熵效应，但它们未能考虑流体动力学效应，包括通道中扩散率的整体降低和空间变化。忽略这种流体动力学效应，理论和模拟低估了平均值和标准偏差的首次通过时间的40%，在通道的颈部宽度的颗粒直径的两倍。我们进一步表明，Fick-Jakobs理论的有效性，可以通过重新制定它的实验测得的扩散率。因此，我们的工作表明，流体动力学效应发挥了关键作用，通过狭窄的渠道扩散运输，并应包括在理论和数值模型。
2017-08-23 cond-mat.soft
Inertial hydrodynamic ratchet: Rectification of colloidal flow in tubes of variable diameter
我们分析研究了一个微流控装置组成的管与非均匀的，但空间周期性的直径，其中的流体驱动来回泵携带胶体颗粒。虽然流体的净流量为零，但由于惯性流体动力学和布朗运动的同时作用，棘轮机制使颗粒优先沿一个方向运动。我们表明，平均电流是强烈敏感的颗粒大小，从而促进胶体颗粒分选。
2017-07-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of rigid or adaptive confinement on colloidal self-assembly. Fixed vs. fluctuating number of confined particles
在[J. Pakkalski et al. J. Chem. Phys. 142，014903（2015）]中的大正则方程组（GCE）中精确求解的一维晶格模型中，研究了在固定数量的受限粒子的情况下，受限对胶体自组装的影响。该模型考虑了由短程吸引加上长程排斥定义的对相互作用。我们考虑与自组装成团簇相对应的热力学状态。固定和自适应边界进行了研究。对于固定的边界，有一些特殊的状态，在这些状态中，对于相等的平均密度，GCE中的团簇数量大于正则包围圈中的团簇数量。当系统尺寸随颗粒数的变化而变化时，压力对密度的依赖关系与当颗粒数随系统尺寸的变化而变化时有不同的形式。在前一种情况下，压力对系统尺寸有非单调的依赖关系。膨胀系统压力的异常增加伴随着大量小团簇的形成。在弹性约束面的情况下，我们观察到一个双稳态，即两个显着不同的系统大小发生几乎相同的概率。在封闭系统中的双稳态的机制是不同的情况下的渗透壁，其中两个平衡系统的大小对应于不同数量的颗粒。
2015-04-15 cond-mat.soft
Effective interactions and melting of a one dimensional defect lattice within a two-dimensional confined colloidal solid
我们报告的Monte Carlo研究的二维软胶体晶体限制在一个带的几何形状由平行的墙壁。壁-颗粒相互作用沿着条的长度具有波纹。通过减小壁之间的距离来压缩晶体引起结构转变，其特征在于突然出现扩展缺陷的一维阵列，每个扩展缺陷跨越几个晶格参数，即“孤子阶梯”。我们得到了这些缺陷之间的有效相互作用。林德曼准则表明，维数的减少导致这些缺陷的有限周期链容易熔化的温度升高。我们讨论了可能的实验实现和推测潜在的应用。
2009-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural and elastic properties of a confined 2D colloidal solid: a molecular dynamics study
利用正则系综的分子动力学模拟方法研究了窄通道中点粒子与$r^{-12}$成正比的反幂律势相互作用对$2d$晶体的禁闭效应.该系统可以描述空气-水界面处的胶体颗粒。它示出的系统特性敏感地依赖于在两个{ \it墙}提供限制的边界条件。壁对其相邻的颗粒施加垂直力。壁和粒子之间的电势以10的倒数幂变化。计算了密度分布、结构因子和取向序参量等结构量。它示出，取向秩序仍然存在附近的墙壁，即使在温度下，系统在散装是在流体状态。讨论了弹性常数、应力张量元、剪切模量和体积模量与密度以及沟道宽度的关系。此外，还讨论了三角网格结构中通道不可通约性的影响。结果表明，不可压缩性显着影响系统的性能。我们比较我们的研究结果得到的蒙特卡罗模拟，也与沿通道宽度的周期性边界条件的情况下。.
2014-09-27 cond-mat.soft
Hydrodynamic Pair Attractions Between Driven Colloidal Particles
胶体球通过水沿圆形路径驱动的光环陷阱显示出意想不到的动力学相关性。我们使用斯托克斯动力学模拟和一个简单的分析模型来证明，路径的曲率打破了两体流体动力学相互作用的对称性，导致粒子配对。这种有效的非平衡吸引力的影响减小，无论是温度或径向约束刚度的增加。我们发现一组定义明确的动态配对状态，其稳定性依赖于流体动力学耦合在弯曲的轨迹。
2011-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion and sedimentation in colloidal suspensions using multiparticle collision dynamics with a discrete particle model
我们研究了自扩散和沉降在胶体悬浮液中的近硬球使用的多粒子碰撞动力学模拟方法的溶剂与离散网格模型的胶体颗粒（MD+MPCD）。我们涵盖胶体体积分数从0.01到0.40和比较MD+MPCD模拟布朗动力学模拟与自由排水流体动力学（BD）以及成对的远场流体动力学描述使用Rotne-Prager-Yamakawa流动张量（BD+RPY）。MD+MPCD中的动力学表明，胶体颗粒在短时间内仅部分地与溶剂偶联。MD+MPCD的自扩散系数与BD和BD+RPY相当，沉降系数与BD+ RPY相当，说明MD + MPCD能较好地描述胶体悬浮液中的流体动力学相互作用.离散颗粒MD+MPCD方法是方便的，很容易扩展到更复杂的形状，我们确定了近硬立方体的悬浮液中的长时间自扩散系数，以证明其普遍性。
2021-10-12 cond-mat.soft
Dynamic properties of quasi-confined colloidal hard-sphere liquids near the glass transition
由于分层和局部填充之间的竞争而产生的受限流体的复杂行为可以通过考虑准受限液体来解开，其中沿限制方向的周期性边界条件恢复平移不变性。该系统提供了一种手段来调查的限制和当地秩序的相关长度尺度的相互作用。本文提出了准受限液体玻璃化转变的模式耦合理论，并详细阐述了数值实现的有效方法。在MCT的非遍历性参数进行比较，计算机模拟结果为硬球流体。我们评估的非平衡态图，并调查集体中间散射函数。对于这两种方法，非单调行为取决于限制长度观察。
2020-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How Confinement-Induced Structures Alter the Contribution of Hydrodynamic and Short-Ranged Repulsion Forces to the Viscosity of Colloidal Suspensions
了解胶体悬浮液中结构和流变学之间的相关性非常重要，因为这些悬浮液在工业应用中至关重要。此外，胶体在限制下表现出广泛的结构，这可能会大大改变粘度。在这里，我们使用的实验和模拟相结合，以阐明如何限制诱导结构改变流体动力学和排斥力的相对贡献，产生高达十倍的粘度变化。我们使用定制的共聚焦流变仪来成像胶体悬浮液的颗粒配置，同时测量粘度。我们发现一个非单调的趋势下的粘度约束，是强烈相关的微观结构。当间隙减小到低于15个颗粒直径时，粘度首先从其体积值减小，显示出随间隙的波动，然后对于低于3个颗粒直径的间隙急剧增加。此外，我们比较我们的实验结果，两个模拟技术，使我们能够确定流体动力学和短程排斥应力的相对贡献。第一种方法使用润滑近似来找到流体动力学应力，并且包括颗粒之间的短程排斥力，第二种方法是计算悬浮液中的全部流体动力学应力的斯托克斯动力学模拟。我们发现，在适度的约束粘度的降低有显着的贡献，从流体动力学和排斥力，而在小于三个颗粒直径的间隙的粘度增加主要来自短程排斥力。这些结果为受限悬浮液的独特流变行为提供了新的见解，并进一步使我们能够通过改变间隙，多分散性和体积分数等特性来调节粘度。
2017-10-23 cond-mat.soft
Hydrodynamic resistance matrices of colloidal particles with various shapes
流体动力学阻力矩阵是描述胶体颗粒动力学行为的一个重要量。这个矩阵编码的形状和大小依赖的流体动力学特性的颗粒悬浮在一个简单的液体在低雷诺数，并确定颗粒的扩散张量。出于这个原因，当基于朗之万方程、Smoluchowski方程、经典动力学密度泛函理论或其他适当的方法对自由纯布朗、外部驱动或自推进胶体颗粒的运动或这种颗粒的稀悬浮液的行为进行建模时，通常需要流体动力学阻力矩阵。然而，到目前为止，流体动力学阻力矩阵仅适用于少数颗粒形状。因此，在这篇文章中，我们提出了流体动力学阻力矩阵的各种颗粒形状，是相关的当前的研究，包括非极性和极性以及凸和部分凹的形状。的流体动力学阻力矩阵的元素给出的形状参数的函数，如相应的颗粒的纵横比，使结果不仅适用于离散的，而是连续的颗粒形状集。这项工作将促进和支持未来的研究与不等轴形状的胶体颗粒。
2018-11-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Model-free hydrodynamic theory of the colloidal glass transition
提出无模型流体动力学理论，描述胶体玻璃转变中宿主流体的动态长度尺度变化，揭示液态与固态侧不同的响应特征，并讨论实验意义。
2024-11-09 cond-mat.soft
Tagged-particle dynamics in confined colloidal liquids
我们提出的标记粒子动力学的数值结果，解决模式耦合理论在受限几何胶体液体（cMCT）。我们表明，无论是微观动力学，也不是中间散射函数的类型定性地改变在玻璃化转变附近的渐近动力学。特别是，我们发现在低频磁化率谱，我们解释为平行弛豫足迹的限制类似的特点。我们推导出预测的本地化长度和缩放的扩散系数在过冷制度，并发现一个显着的非单调依赖的限制长度。对于稀释液体的流体动力学极限，我们计算的中间散射函数，这是在完美的协议与事件驱动的布朗动力学模拟的解析表达式。由此，我们推导出一个表达式的持续反相关的速度自相关函数（VACF）的限制运动。使用数值计算结果的cMCT方程的VACF，我们还确定了一个交叉之间的不同缩放对应的过渡从无约束到约束的行为。
2021-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
