The physics of osmotic pressure
将维里定理正确地应用于渗透压的起源，可以对所涉及的物理过程提供简单、生动和完整的解释;渗透是由不同的溶剂压力驱动的。这个简单而直观的概念被广泛忽视，但维里定理允许一个精确的公式，并统一了许多不同的治疗。它与100多年前Escherifest设计的动力学治疗密切相关。
2017-03-13 cond-mat.soft
Osmosis in a minimal model system
渗透作用在生命和软物质系统的功能中起着核心作用。虽然渗透的热力学是很好的理解，潜在的微观动力学机制仍然是讨论的主题。解开这些机制是最终理解非平衡系统中渗透的关键先决条件。在这里，我们调查渗透的微观基础上，在平衡的系统中，使用分子动力学模拟的极小模型，其中排斥溶质和溶剂粒子的不同之处仅在于它们与外部电位的相互作用。对于这个系统，我们可以推导出一个简单的维里式的渗透压关系。我们的模拟支持一个直观的画面，其中的溶剂浓度梯度，在渗透平衡，产生从外向力之间的平衡，所造成的溶液中的总密度增加，和向内扩散通量所造成的溶液中的溶剂密度降低。虽然在其他渗透系统中可能会出现更复杂的效应，但在这个极小模型中，描述渗透的基本物理过程并不需要这些效应。
2013-06-14 cond-mat.soft
Theoretical Framework for Microscopic Osmotic Phenomena
渗透压的基本成分是具有可溶性分子种类的溶剂流体，该可溶性分子种类被边界限制在腔室中，该边界对溶剂流体是可渗透的，但对溶质分子是不可渗透的。对于处于平衡状态的宏观系统，渗透压由经典的范特霍夫定律给出，该定律指出压力与温度和腔室内外溶质浓度差的乘积成比例。对于微观系统，腔室的直径可以与溶质-壁相互作用或溶质分子相互作用相关的长度尺度相当。在每一种情况下，经典范特霍夫定律的假设可能不再成立。在本文中，我们开发了一个一般的理论框架，捕获校正的经典理论的渗透压下更一般的关系室的大小和相互作用的长度尺度。我们还表明，渗透压的概念的基础上的流体的静水压力和机械压力的边界上的墙壁室必须区分为微观系统。为了证明如何可以应用的理论框架，数值结果与N个单体的聚合物的渗透压被限制在一个球形腔室的粘结强度是不同的。
2009-10-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Influence of solvent polarization and non-uniform ion size on electrostatic properties between charged surfaces in an electrolyte solution
本文利用平均场方法研究了两个带相同或相反电荷的表面在电解质溶液中的静电性质，考虑了溶剂极化和非均匀尺寸效应。应用自由能的形式主义占不平等的离子大小和取向有序的水偶极子，我们推导出耦合和自洽的方程来计算带电表面之间的静电性能。相似电荷表面的静电性质取决于电荷对的大小，而不是共离子的大小。此外，静电势和渗透压之间的类似充电表面被发现是增加与增加counterweight的大小。另一方面，相反电荷的表面之间的对应关系与正离子和负离子的大小有关。对于带相反电荷的表面，具有不相等离子尺寸的电解质的静电势、溶剂分子的数密度和相对介电常数关于带电表面之间的中心线不对称。对于任何一种情况下，溶剂极化的考虑结果在静电势和渗透压的降低相比，没有效果的情况下。
2022-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dielectric anisotropy in polar solvents under external fields
研究了外场作用下极性液体的介电饱和和介电增量。我们耦合到一个均匀的电场的偶极溶剂模型，并推导出相互作用的偶极子的静电内核。这个过程允许一个明确的定义，体现非线性介电响应和相关effects.We发现，外场的存在下，在介电各向异性的两个组件的介电常数张量的特点。电场的增加放大了平行于场方向的介电常数分量，即沿着场观察到介电增量。然而，垂直分量低于生理介电常数，表明垂直于场的介电饱和。通过与文献中的分子动力学模拟的比较，我们发现平均场水平介电响应理论低估了介电饱和。在弱耦合水平的偶极相关的列入加强平均场水平的介电饱和，并改善与模拟数据在弱电场的协议。相关校正理论预测，以及存在一个亚稳态配置对应的反平行排列的偶极子与字段。这一预测可以通过溶剂显式模拟来验证，其中溶剂分子预期被瞬态捕获在该亚稳态中。
2015-07-23 cond-mat.soft
Independent characterization of the elastic and the mixing parts of hydrogel osmotic pressure
本研究针对水凝胶渗透压的弹性与混合分量难以独立实验表征的问题，提出完全约束溶胀试验的新方法，发现Flory-Rehner模型对混合部分预测准确但弹性部分预测存在数量级误差。
2023-09-15 cond-mat.soft
A decatungstate-based Ionic liquid exhibiting very low dielectric constant suitable for acting as solvent and catalyst for oxidation of organic substrates
本文对一种新的POM基离子液体（P6，6，6，14）4[W_（10）O_（32）]进行了表征。其粘度和其非常低的介电常数使得这种混合离子液体适合用作有机转化的溶剂。作为概念验证，测试了这种独特的离子液体结合溶剂和催化剂性质用于在H2O2存在下催化氧化各种醇和烯烃
2021-05-25 cond-mat.soft
Explicit Solvent Theory of Salt-Induced Dielectric Decrement
我们介绍了一个场论电解质模型组成的结构溶剂分子和盐离子耦合的静电和硬核相互作用。在这个明确的溶剂理论，我们的特点是盐驱动的介电衰减超出弱耦合（WC）静电。WC近似的先前的形式主义是放松通过治疗盐电荷通过维里展开。这种维里方法使明确列入的多体盐-溶剂的相互作用，并直接导致实验观察到的线性衰减的电解质介电常数与添加稀盐。从我们的方法中出现的介电常数公式表明，溶剂介电常数的降低是由抑制溶剂的介电响应的极化电荷的盐屏蔽引起的。通过与实验的比较，我们还表明，盐修饰的介电常数公式可以同样地再现电解质介电常数随温度升高的衰减，介电衰减的热衰减，以及其与盐价的增强。我们的理论与这一广泛的实验趋势一致的定性协议指出，静电离子-溶剂相关性作为盐引起的介电衰减背后的主要机制。
2022-02-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Osmosis with active solutes
尽管目前对活性物质有很大的兴趣，但对活性体系中的渗透作用知之甚少。利用分子动力学模拟，我们研究了活性溶质如何扰动渗透稳态。我们发现，溶质活动增加渗透压，也可以从溶液中排出溶剂-即引起反渗透。后一种效应不能用有效温度来描述，但可以通过将活性溶液映射到具有与被动溶剂组分相同程度的局部结构化的被动溶液上来再现。我们的研究结果提供了一个基本的框架，了解主动渗透，并建议，活性诱导的结构的被动组件可能发挥关键作用的物理主动-被动混合物。
2014-02-06 cond-mat.soft physics.comp-ph
Osmotically Induced Shape Changes in Membrane Vesicles
Kansas State University（堪萨斯州立大学）；NewOrbit Space Ltd（NewOrbit空间有限公司）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Kaplan International College（凯伦国际学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
研究通过自洽自由能框架探讨膜泡形状和渗透压的协同确定机制，揭示非线性耦合对球形膜稳定性条件的影响，提出新的临界压力预测方法。
2026-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Fast and Versatile Thermo-osmotic Flows with a Pinch of Salt
热渗透流--微流体和纳流体系统中由热梯度产生的流动--可以提供一种收集废热的替代方法。然而，这样的使用将需要大量的热渗透流，到目前为止，这只适用于特殊和昂贵的材料。因此，迫切需要设计负担得起的纳米流体系统显示大的热渗透系数。在本文中，我们提出了一个一般模型的热渗透的含水电解质在带电的纳米流体通道，考虑到流体动力学滑移，连同不同的溶剂和溶质的贡献的热渗透响应。我们将此模型应用于广泛的系统，通过研究润湿，盐的类型和浓度，和表面电荷的影响。我们表明，强烈的热渗流可以产生滑动带电表面。我们还预测中间润湿的过渡从嗜热的嗜热行为取决于表面电荷和盐浓度。总的来说，这个理论框架开辟了一条途径，控制和操纵热诱导流与共同的带电表面和一小撮盐。
2021-10-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dielectric Constant of Ionic Solutions: Combined Effects of Correlations and Excluded Volume
已知离子溶液的介电常数随着离子浓度的增加而降低。然而，这种效应的起源还没有被彻底探索。在本文中，我们研究了两个可能的来源：长程库仑相关和溶剂排除体积。相关性起源于波动的静电势超出平均场泊松-玻尔兹曼理论，评价采用场理论循环扩展的自由能。另一方面，溶剂排除体积源于通过晶格气体模型占的有限离子尺寸。我们表明，这两个相关性和排除的体积是必需的，以捕捉的介电行为的重要特征。对于高极性溶剂，例如水，介电常数由溶剂体积分数和每体积分数的浓度依赖性磁化率的乘积给出。由于离子的体积分数增加，可用溶剂体积作为离子强度的函数而减小。由于离子和溶剂之间的相关性，磁化率也会发生类似的降低，从而进一步降低介电响应。我们的预测的介电常数拟合很好的实验范围广泛的浓度，不同的盐在不同的温度下，使用一个单一的拟合参数相关的离子大小。
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dipolar correlations in structured solvents under nanoconfinement
我们研究了局限于纳米级系统的结构溶剂中的静电相关性。本文导出了有限尺寸偶极子组成的模型液体的Netz-Orland型变分方程。在狭缝纳米孔几何形状中，对稀释溶剂和生理浓度下的溶剂求解这些方程。相关效应是非常重要的介电降低和各向异性的溶剂从偶极图像相互作用，也导致降低低介电体之间的范德华吸引力。最后，通过与其他最近发展的自洽理论和实验的比较，我们仔细研究了溶剂-膜相互作用对与低介电基板接触的带电液体的微分电容的影响。由溶剂-图像相互作用驱动的界面溶剂耗尽在所观察到的实验电容数据的低值中起主要作用，而与溶剂分子的扩展电荷结构相关的非局部性仅带来较小的贡献。
2014-05-26 cond-mat.soft
Molecular Dynamics Simulations of Semi-Dilute and Concentrated Solutions: Unexpected Finite Size Effects in Osmotic Pressure
我们探索半稀释和浓缩的低聚物和聚合物在一个广泛的范围内的聚合指数N范围从1到100和范围内的单体数密度$ϕ$从0.1到0.8通过分子动力学模拟和良好的溶剂条件下。该参数范围涵盖无重叠和强链重叠两种情况，如通过聚合物填充分数$0.1\leΦ\le{14}$所量化的。与一些普遍的看法相反，渗透压的非理想部分表现出强烈的有限尺寸效应。在重叠区，它大大偏离de Cloizeaux的标度形式。有限尺寸校正项与1/N成比例，与$Φ$无关。我们提出了一个简单的唯象描述的渗透压在无限链的限制和1/N校正项的单体密度依赖性。我们将有限尺寸效应的处理扩展到包含2种不同链长的二元混合物，并证明了所提出的状态方程适用于有效的质量平均逆链长$1/N_{eff}$。我们还讨论了回转半径密度依赖性中的有限尺寸效应。
2020-11-29 cond-mat.soft
Q-tensor model for electrokinetics in nematic liquid crystals
我们使用变分原理推导出一个数学模型，其中液晶组分描述的第二阶阶张量的液晶电解质。该模型扩展了以前开发的董事为基础的理论和帐户存在的向错和可能的双轴性。我们通过考虑一个简单但说明性的例子，液晶使能电渗流（LCEO）周围的一个固定的介电球形粒子放置在一个大的圆柱形容器的中心充满了一个可再生的电解质，验证了该模型。假设垂面锚定的粒子表面上的粒子和均匀分布的容器的表面上的董事，我们考虑两种配置与向错赤道环和双曲刺猬，分别。计算的电渗流显示出强烈的依赖于指向矢配置和介电常数和电导率的各向异性的液晶使能电动力学的电特性。此外，模拟表明周围的电介质球的空间电荷分离，即使在各向同性的介电常数和电导率的情况下。这与介电球体周围的各向同性电解质所描述的诱导电荷电渗效应是一致的。
2017-04-15 cond-mat.soft
Donnan equilibrium and the osmotic pressure of charged colloidal lattices
我们考虑一个系统组成的单分散的电荷稳定的胶体悬浮液中存在的单价盐，从纯电解质分离的半透膜，它允许交叉的溶剂，抗衡离子，和盐颗粒，但防止通过的聚离子。胶体悬浮液，这是在一个结晶相，被认为是使用一个球形Wigner-Seitz细胞。当达到道南平衡后，膜两侧将存在压力差。利用泛函密度理论，得到了渗透压与外加盐浓度、胶体体积分数、胶体粒子大小和电荷的关系式。的结果进行了比较与实验测量有序的聚苯乙烯晶格的两种不同的颗粒尺寸在一个范围内的离子强度和胶体体积分数。
1998-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Partial osmotic pressures of ions in electrolyte solutions
对电解质溶液中离子的分渗透压的概念进行了严格的研究。原则上，这些可以通过引入溶剂可渗透壁并测量每单位面积的力来定义，这肯定可以归因于单个离子。在这里，我证明，虽然总壁力平衡所需的机械平衡的体积渗透压，个别的部分渗透压是额外的热力学量依赖于在墙上的电结构，因此，他们类似于试图定义个别离子活度系数。也被认为是一个障碍，只有一个物种的离子的壁的限制情况下，并与两侧的经典吉布斯-唐南膜平衡的离子被恢复，从而提供了一个统一的治疗。该分析可以扩展到说明散装的电气状态是如何受到影响的性质的墙壁和样品处理的历史，从而支持“吉布斯-古根海姆不确定原理”（的概念，即电气状态是不可测量的，通常是偶然确定的）。由于这种不确定性也被赋予了单个离子的活性，它对当前（2002年）IUPAC对pH的定义有影响。
2022-12-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Osmotic Pressure of Permeable Ionic Microgels: Poisson-Boltzmann Theory and Exact Statistical Mechanical Relations in the Cell Model
离子微凝胶是由交联聚合物网络组成的软胶体颗粒，当分散在良溶剂中时，其溶胀和膨胀。这些可渗透的可压缩颗粒的溶胀涉及静电、弹性和混合对单颗粒渗透压的贡献的平衡。静电贡献取决于可动反离子和共离子的分布以及聚合物上固定电荷的分布。在细胞模型中，我们采用两种互补的方法来推导离子微凝胶的静电渗透压。在Poisson-Boltzmann（PB）理论中，我们最小化关于静电势的自由能泛函来获得体压。从压力张量，我们提取的总压力的静电和凝胶的贡献。在一个统计力学的方法，我们改变自由能相对于微凝胶的大小，以获得精确的微凝胶静电渗透压的关系。我们目前的结果为平面，圆柱形和球形几何形状。对于固定电荷均匀分布在其表面或体积上的膜和微凝胶模型，我们推导出带电胶体的接触值定理的类似物。我们通过求解PB方程和计算离子密度和渗透压来验证这些关系。当PB理论内实施，这两种方法产生相同的静电渗透压的表面带电的微凝胶。对于体积带电的微凝胶，精确的静电渗透压等于凝胶体积上相应PB分布的平均值。我们证明，离子微凝胶的溶胀取决于粒子内部的静电压力的变化，并讨论解释实验的影响。
2019-07-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ionic activity in concentrated electrolytes: solvent structure effect revisited
我们重新审视的作用，当地的溶剂结构的电解质的活度系数与一般的非本地介电函数的方法。我们把浓缩的电解质作为介电介质，并建议一个内插公式的介电响应。根据分子动力学模拟和实验数据对纯水极限进行了标定。解决我们的模型周围的中心离子，我们发现强大的过屏蔽和振荡的潜力，这是不存在的标准的“原始模型”的预测。我们得到数学上易于处理的封闭形式的活度系数的表达式，并显示出合理的协议与实验数据。
2019-05-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
Analytical Form of Forces in Hydrophobic Collapse
我们分析计算两个疏溶剂溶质之间的力，考虑一个模型系统。我们表明，两个疏溶剂溶质之间的有效相互作用力，介导的溶剂，是有吸引力的短范围内，线性下降与表面到表面之间的分离s的溶质和排斥在长范围内下降为1 / s 4。吸引力来源于液-气界面处的不平衡拉普拉斯力，该力是在小s下由溶剂颗粒与溶质周围的排斥相互作用产生的。长程部分由于不平衡的渗透压而产生。我们举例说明Lennard-Jones溶剂的计算。我们讨论了我们的研究结果的疏水性崩溃的背景下的一般含义。
2015-05-29 cond-mat.soft
Two-parameter model predictions and theta-point crossover for linear-polymer solutions
我们考虑了单分散聚合物溶液的渗透压、回转半径、流体动力学半径和端到端距离的前几个维里系数。我们确定了相应的双参数模型函数参数化之间的良好的溶剂和理想链的行为的交叉。这些结果使我们能够预测的渗透压和聚合物的大小在稀释制度在一个大的温度区域以上的θ点。
2007-10-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equation of State of Colloidal Membranes
在非吸附性聚合物的存在下，单分散的棒状胶体组装成一个棒状长度的厚的液体状单层，称为胶体膜。胶体膜内的棒的密度由包封聚合物悬浮液施加的渗透压与胶体棒之间的排斥力之间的平衡决定。我们开发了一种微流控装置，用于连续观察隔离膜，同时动态控制聚合物悬浮液的渗透压。使用这种技术，我们测量了膜棒密度在一个范围内的渗透压比更宽的是什么是平衡样品中可访问的。随着密度的增加，我们观察到一个一级相变，其中的平面膜顺序从二维流体转化为二维固体。在低渗透压的限制下，我们测量了单个杆从膜上蒸发的速率。所开发的微流控技术可广泛适用于各种软材料的原位研究，以及它们的性质如何取决于溶剂的组成。
2019-05-30 cond-mat.soft
On what Terms and why the Thermodynamic Properties of Polymer Solutions Depend on Chain Length up to the Melt
基于聚合物的链连接性和构象可变性的理论考虑导致Flory-Huggins相互作用参数chi对聚合物的体积分数phi和其链段数N的依赖性的简单关系。该表达式的有效性正在广泛测试的蒸汽压测量和反相气相色谱法（补充渗透和光散射数据从文献中）的解决方案的聚（二甲基硅氧烷）在化学上有很大不同的溶剂正辛烷（正C8），甲苯（TL），和甲乙酮（MEK）在整个范围内的组合物的至少六个不同的分子量的聚合物。新的方法是能够很好地模拟测得的chi（phi，N），无论溶剂的热力学性质，与传统的表达式，这往往是限制在良好的溶剂，但失败的坏的，反之亦然。在恒定的聚合物浓度下，对于n-C8（最佳溶剂），chi值最低，对于MEK（θ溶剂），chi值最高; TL的数据介于两者之间。N的影响强烈地依赖于溶剂的热力学性质，并且不限于稀溶液。对于好的溶剂，chi随着N的增加而增加。该效应对于n-C8最为显著，其中chi（phi）的不同曲线相当大地散开。N的影响变得不那么明显的TL，和MEK，他们消失在（吸热）θ温度。对于比theta条件更差的条件，长链的chi值变得小于短链的chi值。这种变化的N-影响的符号是与目前的概念构象松弛。
2003-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electro-osmotic flow in coated nanocapillaries: a theoretical investigation
最近的实验的动机，我们提出了一个理论研究如何在毛细管中发生的电渗流被修改时，其带电的表面被带电的聚合物涂层。理论处理是基于一个三维模型，由一个三元流体混合物，代表溶剂和两个物种的离子，限制在两个平行的带电板之间的装饰由一个固定的阵列的散射体代表的聚合物涂层。电渗流，由一个恒定的电场施加在平行于板的方向上产生的，通过格子Boltzmann模拟数值研究。为了获得进一步的理解，我们进行了一个简单的理论分析，通过扩展的斯托克斯-Smoluchowski方程，考虑到孔隙率引起的聚合物在邻近的区域的墙壁。我们讨论的速度分布的性质，通过专注于竞争的聚合物电荷和它们施加的摩擦力的影响。我们显示的流动减少和流动反转现象时，聚合物的电荷是相反的表面电荷的证据。通过使用聚合物的密度和表面电荷作为控制变量，我们提出了一个相图，区分的直接和反向流制度，并确定其依赖于离子浓度。
2015-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Diffusio-phoretic fast swelling of chemically responsive hydrogels
针对酸触发水凝胶快速暂时溶胀现象，本文提出连续介质多孔弹性理论，以凝胶扩散泳动机制定量解释实验，并指出其可用于提升响应性水凝胶的应变速率与功率输出。
2024-01-23 cond-mat.soft
Field theory of structured liquid dielectrics
本文发展了一种场理论方法来处理结构液体微扰的非局部和非线性响应。我们感兴趣的系统是由偶极溶剂分子和简单的盐阳离子和阴离子。我们描述它们由两个独立的序参量，极化场的溶剂和离子的电荷密度场，包括和治疗的非静电部分的相互作用明确和一致。我们展示了如何推导出越来越精细的尺度的极化和静电场的泛函，并在线性制度中求解所得的平均场鞍点方程。我们得到的标准，其解决方案，取决于结构的长度和溶剂的极性的字符。我们的方法提供了一个系统的方法来推导广义极化理论。
2022-01-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Charge regulation and local dielectric function in planar polyelectrolyte brushes
理解不均匀性对电荷调节和介电性质的影响，以及它如何依赖于大分子的构象特征是一个长期存在的问题。为了解决这个问题，我们已经开发了一个领域的理论来研究电荷调节和局部介电函数的平面刷。该理论被用来研究一个多酸刷，这是由链端接枝在固-液界面，在平衡与含有一价盐离子，溶剂分子和pH控制酸的本体溶液。特别是，我们专注于在确定的局部电荷和介电函数的影响，添加的盐和pH值的散装的浓度。我们的理论研究表明，离子对的偶极矩作为一个结果形成的抗衡吸附在链主链上发挥了关键作用，在影响局部介电函数。对于由具有低于溶剂分子的偶极矩的单体制成的聚电解质，预测刷区域内的介电衰减。然而，形成的离子对（由于吸附的抗衡离子来自所添加的盐的解离）极性比溶剂分子显示相对于其体积值增加的介电函数的大小。此外，在本体盐浓度的增加被示出，以增加刷区域内的局部电荷。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Why does dissolving salt in water decrease its dielectric permittivity
本文利用基于密度泛函理论的深度神经网络研究盐水介电常数下降机制，发现其主要原因是离子水合壳层破坏水分子偶极关联，从而抑制溶剂水的集体响应。
2023-07-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.chem-ph
Osmotic Pressure and Swelling Behavior of Ionic Microcapsules
该研究针对离子微胶囊的平衡溶胀行为，结合理论推导与模拟计算渗透压分量，揭示低浓度下浓度驱动去溶胀的反离子重分布机制，为智能响应胶体颗粒设计提供指导。
2023-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the Theory of Dielectric Spectroscopy of Protein Solutions
我们提出了一个理论的介电响应的溶液中含有大溶质，纳米尺寸，在分子溶剂。它将溶质的分子偶极矩与溶质-溶剂界面处溶剂分子的大子系综的极化相结合。该理论的目标是双重的：（i）制定的介电响应的问题，避免依赖于介电理论的腔场概念和（ii）分离的非添加剂的界面极化，共同产生的外部场的实验室实验和溶质，从特定的溶质-溶剂相互作用有助于介电信号。该理论适用于实验报告的频率依赖性的介电谱的溶菌酶在溶液中。在高达700 GHz的宽频率范围内的数据的分析表明，腔场的磁化率，理论公式的关键，是一致的麦克斯韦静电在10- 200 GHz的频率范围内的预测，但偏离它在这个范围之外。特别是，它变得比麦克斯韦结果小得多，并在小频率处变为负值。后者的观察意味着一个介电响应，或负介电泳，水合溶菌酶。这也意味着由介电谱记录的有效蛋白质偶极子远小于由蛋白质的电荷分布计算的值。我们提出了一个经验方程，描述了随着蛋白质浓度的增加，静态介电常数的增量和德拜水峰的减量。它给出了公平的协议与宽带色散和蛋白质的解决方案的损失谱，但错过了三角洲色散区域。
2012-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of type V menthol-thymol deep eutectic solvents: Do they reveal non-ideality?
我们已经建立了一个全面的研究的分子动力学的薄荷醇，百里酚混合物，原型的新一类V型深共熔溶剂。介电谱和差示扫描量热法相结合，以评估的偶极弛豫和玻璃态动力学的时间尺度（10-6-10 - 2秒）的扩展范围内，并为11个不同的组合物，包括两个纯成分。溶剂介电强度和玻璃化转变均表现出与理想混合近似的正偏差。他们支持的想法，不同分子之间的优先氢键相互作用诱导DES混合物中的结构重排。DES混合物的优异的玻璃形成能力被证明用于宽范围的组合物（xThymol = 0.4-0.7）。在这种情况下，可以评估从正常液体到深度过冷状态的偶极动力学。弛豫函数的许多显著参数，包括脆弱性，非德拜字符和旋转-平移解耦点的动态不均匀性的发展。
2022-08-22 cond-mat.soft
Microscopic formulation of non-local electrostatics in polar liquids embedding polarizable ions
在平均场线性响应理论下，研究了与溶剂尺寸和离子极化率有关的非局域静电相互作用。为此，我们引入了一个场论模型的极性液体组成的线性多极溶剂分子和嵌入极化离子建模为德鲁德振荡器。不同于以往的偶极泊松-玻尔兹曼配方处理的溶剂分子作为点偶极子，我们的模型是能够定性地再现非局部介电响应行为的极性液体中观察到的分子动力学模拟和原子力显微镜实验水溶剂在带电界面。本理论解释了相关的界面水化层的形成在一个合作的偶极响应机制驱动的溶剂分子的反应，以自己的极化场。我们还纳入理论的相对多极/偶极矩的水分子从量子力学计算，并表明，多极贡献的介电常数在很大程度上占主导地位的偶极。我们发现，这源于相互抵消的前两个界面水合层相反的净电荷的多极液体。在相同的非局部介电响应理论，我们表明，诱导的离子极化反转界面离子密度的趋势预测的泊松-玻尔兹曼理论，导致在表面亲和力的coions和排斥的抗衡离子。结果表明，溶剂分子和离子的离散电荷组成的考虑是极性溶剂中的非局部静电效应的微观理解的关键一步。
2013-05-30 cond-mat.soft
Interference effects between ion induced solvent polarisations in Liquid water
我们计算了固定在水中的两个带相反电荷和相似电荷的离子之间的有效力作为分离距离R的函数。在短间距，R小于1 nm，有效力是大大不同的$1/ε_{s}R^2$的依赖性所主张的屏蔽库仑力定律（SCFL）; $ε_{s}$是静态介电常数的介质。我们还发现了一个有趣的不对称力之间的+VE和-VE离子。这种故障的SCFL被证明是由于两个电荷所产生的极化之间的持续干扰，在XY模型哈密顿的涡旋-antivortex对形成类似的方式。从我们的模拟中提取的介电常数的距离依赖性，$ε_{s}$（R）表现出有趣的功能，并可用于未来的建模。
2019-01-18 cond-mat.soft
Dipolar depletion effect on the differential capacitance of carbon based materials
与水溶剂接触的碳基材料的电容数据的显著低的实验值需要从微观理论解释，以优化这些材料的效率。我们表明，这个实验结果可以解释的静电势，这反过来又导致从图像偶极相互作用驱动的界面溶剂耗尽效应的介电屏蔽不足。我们证明了这一点，从微观系统的哈密顿非平均场偶极Poisson-Boltzmann方程。这可以解释溶剂分子与它们的静电图像的相互作用，所述静电图像由溶剂介质和衬底之间的介电不连续性产生。扩展偶极Poisson-Boltzmann方程的差分电容的预测与实验数据进行了比较，发现没有任何拟合参数的良好协议。
2012-03-10 cond-mat.soft
Extension of Kirkwood-Buff theory: Partial enthalpies, fluctuations of energy density, temperature, and pressure, and solute-induced effects in a mixture solvent
本文扩展了Kirkwood-Buff理论，利用巨正则系综中数密度与能量密度的关联函数积分，表达偏体积、偏焓等热力学量，并关联温度与压力涨落，进而分析混合溶剂中溶质诱导的吸引作用及渗透焓变化。
2024-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetic and ion pairing contributions in the dielectric spectra of electrolyte aqueous solutions
了解介电谱可以揭示从偶极弛豫时间到电子弛豫时间的溶剂和溶质动力学的重要信息。在20世纪70年代后期，哈伯德和昂萨格预测，向极性溶液中加入盐离子将导致介电常数降低，这是由于溶剂偶极子意外倾向于与施加的电场相反。到目前为止，这种效果已经逃脱了实验验证，主要是因为伴随出现的介电饱和的Hubbard-Onsager减量不能很容易地分开。在这里，我们开发了一种新的非平衡分子动力学模拟的方法来确定这个衰减准确的第一次。使用热力学一致的全原子力场，我们表明，对于含有氯化钠约4.8摩尔/升的水溶液，这种效果占总介电常数的12%。如果使用不太精确的离子力场，介电衰减可以显著不同。使用广泛的GROMOS参数，我们实际上观察到介电常数的{ \it增量}而不是减量。我们可以表明，这种增量是由离子配对引起的，由过低的色散力引入，并澄清了长寿命离子对之间的微观联系和溶液介电谱中特定特征的出现。
2014-04-03 cond-mat.soft
Electrostatic self-assembly of neutral particles on a dielectric substrate: A theoretical study via a multiple-image method and an effective-dipole approach
本研究通过多重镜像法和有效偶极子方法，理论分析了中性介电粒子在带电基底上的静电自组装，揭示了介电常数差异导致的极化反转与力转变，并发现粒子形成稳定六边形结构。
2024-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Equation of State for Macromolecules of Variable Flexibility in Good Solvents: A Comparison of Techniques for Monte Carlo Simulations of Lattice Models
通过广泛的蒙特卡罗模拟，得到了简单立方晶格上无热键涨落模型的渗透状态方程。对于短的大分子（链长N=20），我们研究了各种选择的链刚度的状态方程的影响。应用并比较了三种技术，以严格评估其效率和准确性：排斥壁法，热力学积分法（这取决于在巨正则系综模拟的可行性），和最近提倡的沉降平衡方法，它记录在一个外部的密度分布（例如，类引力）场，并通过局部密度近似从流体静力平衡条件推断状态方程。我们确认的结论是，后者的技术是更有效的排斥壁方法，但我们发现，热力学积分方法是同样有效的沉降平衡法。对于非常刚性的链的发病的顺序强制形成的各向同性的沉积平衡法导致强烈的舍入效应和偏离的过渡制度的真实状态方程的界面。
2007-07-23 cond-mat.soft
Electric field based Poisson-Boltzmann: Treating mobile charge as polarization
电解质溶液中的可移动电荷原则上可以表示为离子极化的发散。在加入显式溶剂极化后，有限体积的电解质可以被处理为复合非均匀介电体。将静电相互作用写成对电场能量密度的积分，我们表明，在这个公式中的Poisson-Boltzmann泛函是凸的，并且可以用于通过由Ericksen开发的电介质连续体的变分程序来导出电势和离子浓度的平衡方程（Arch. Rational Mech. Anal. 2007，183，299-313）。麦克斯韦场方程组的强制执行通过扩展的一组变分参数的矢量势表示的电介质位移，这是完全横向的电介质系统中没有嵌入的外部电荷。该表示中的电场能量密度是矢量势以及离子和溶剂极化之和的函数，使得相互屏蔽明确。
2020-12-05 cond-mat.soft
Polarisable soft solvent models with applications in dissipative particle dynamics
本文考察了耗散粒子动力学中的显式可极化软溶剂模型，利用涨落盒偶极子方法获取介电常数并通过油水界面离子脱附等案例验证，发现偶极-偶极相关性不可忽略，且一阶Wertheim微扰理论能准确估算均方分子偶极矩。
2024-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Local dielectric permittivity near an interface
推导了极性溶剂在界面附近的空间介电常数的统计力学表达式。在低密度极限下，在一个平面界面附近的局部介电常数的渐近行为计算。两个离子之间的平均力的潜力示出同意宏观静电的预测大分离平行于界面。
2003-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the molecular correlations that result in field-dependent conductivities in electrolyte solutions
利用响应理论和非平衡系综重权的最新进展，我们研究了动态和静态的相关性，引起一个电场依赖的离子电导率在电解质溶液中。我们考虑的解决方案建模与隐式和显式溶剂，具有不同的介电特性，并在多个浓度。隐式溶剂模型在低浓度和小的介电常数表现出强烈的场依赖性的电导率。我们将这些结果与Onsager-Wilson理论的Wien效应进行了比较，该理论在低浓度和高静态介电常数下提供了定性一致的预测，但与这些制度不一致。的起源的差异被发现在这些条件下增加离子相关性。显式溶剂效应的作用，以抑制非线性响应，产生一个弱的场依赖性的电导率的范围内的物理可实现的场强。通过分解相关的时间关联函数，我们发现电导率对电场的不敏感性是由于溶剂中离子所受的持续摩擦力。我们的研究结果说明了非平衡响应理论在合理化非线性传输行为的效用。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrostatic interactions in charged nanoslits within an explicit solvent theory
在偶极Poisson-Boltzmann理论，包括静电相关性，我们考虑明确的溶剂结构对溶剂和离子分配局限于带电纳米孔的影响。我们开发了一个松弛计划的解决方案，这个高度非线性积分微分方程的静电势。该方案是以前介绍的简单平面（S。Buyukdagli和Ralf Rupsey，J.Chem.Phys.140，234903（2014））与纳米缝几何结构。我们表明，减少溶剂分子在膜壁的介电响应引起的电场显着强于经典的泊松-玻尔兹曼方程的字段。这种与非局部静电相互作用相关的特性反过来又导致了连续介质理论中不存在的界面反吸附层。在非常接近的界面附近观察到这种增强的反离子亲和力可能对通过带电纳米孔的纳米流体输送具有重要影响。我们的研究结果表明，在预测膜纳米孔的离子选择性的溶剂隐式纳滤理论的定量不准确。
2015-07-23 cond-mat.soft
Quantum dynamics of electronic excitations in biomolecular chromophores: role of the protein environment and solvent
我们考虑连续介质模型作为极小模型来理解周围的球状蛋白质和溶剂对生物生色团中电子激发的量子动力学的影响。我们推导出频率依赖的光谱密度的表达式，它描述了在生色团的电子能级耦合到它的环境。谱密度的大小和频率依赖性决定了量子动力学是相干的还是非相干的，从而决定了人们是否可以观察到量子干涉效应，如拉比振荡。我们发现的贡献的光谱密度的发色团环境的每个组件：散装溶剂，蛋白质和水结合到蛋白质。每个组分对生色团量子动力学的相对重要性由动力学的时间尺度决定。我们的研究结果提供了一个自然的解释和模型中观察到的不同的时间尺度的光谱密度提取的溶剂化动力学探测超快激光光谱技术，如动态斯托克斯位移和三脉冲光子回波光谱。我们的结果用于定义在什么条件下激发发色团的动力学由周围蛋白质主导以及何时由溶剂中的介电波动主导。我们表明，即使当发色团被屏蔽从溶剂中的蛋白质超快溶剂化可以占主导地位的溶剂。我们认为，最近看到的超快溶剂化在一些生物生色团不一定要分配到超快蛋白质动力学。从我们的连续模型和实验中提取的光谱密度估计表明，大多数电子激发的量子动力学是不相干的。
2007-06-25 cond-mat.soft quant-ph
Theory of electrolytes including steric, attractive, and hydration interactions
我们提出了一个连续介质理论的电解质组成的水状溶剂和单价离子。首先，我们开始与密度泛函$\cal F$的粗粒度的溶剂，阳离子和阴离子的密度，包括Debye-Hückel自由能，库仑相互作用，和这三个组件之间的直接相互作用。这些密度波动服从分布$\propto \exp(- {\cal F}/k_BT)$。通过消除$\cal F$中的溶剂密度偏差，得到了离子间的有效非库仑相互作用，包括直接作用和溶剂介导作用。%，其中后者以离子体积%表示，并且与溶剂可压缩性成反比。然后，我们推导出一般表达式的离子相关性，表观分体积，和活性和渗透系数的线性顺序的平均盐密度$n_{\rm s}$。其次，我们使用Mansoori-Carnahan-Starling-Leland模型$[$ J. Chem. Phys. { \bf 54}，1523（1971）$]$对三组分硬球进行了数值分析。有效的相互作用敏感地依赖于阳离子和阴离子的大小，由于空间和水合作用之间的竞争，这是小-大离子对之间的排斥和对称对之间的吸引力。这与以前的实验和柯林斯的规则$[$生物物理学。J. { \bf 72}，65（1997）$]$ .我们还给出了简单的近似表达式的离子相互作用系数适用于任何离子的大小。
2020-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Ion association in low-polarity solvents: comparisons between theory, simulation, and experiment
利用计算机模拟和准化学离子对理论研究了极低浓度和低温下电解质溶液中离子的缔合作用。限制原始模型（带电硬球）的具体情况被认为是。采用专门的模拟技术，导致有效的采样的安排和分布的集群和自由离子，即使在相应的条件下，简单的盐在溶剂中的介电常数在5-10的范围内，如在最近的实验工作中使用的带电胶体悬浮液。一个直接的比较之间的影响，使用各种聚类标准和理论近似的理论和模拟。结果表明，传统的基于距离的聚类标准可能会给出错误的结果。提出了一套可靠的理论和模拟估计的关联度。离子配对理论进行比较，在低极性溶剂中的盐溶液的实验结果。该协议是极好的，并在此基础上，一些计算的屏蔽长度，这将数字在治疗中的胶体-胶体相互作用，在这样的解决方案。与现有的实验结果是完全一致的。
2011-09-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Explicit Solvents Reverse Temperature Dependence of Phase Behavior in Charged Fluids
California Institute of Technology（加州理工学院）
该研究通过分子动力学模拟和平均球近似，发现 explicit溶剂的离子-偶极耦合会反转带电流体的相行为温度依赖性，使原本隐式溶剂理论预测的LCST变为UCST，揭示了多体关联的关键作用。
2026-10-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic density functional theory for ions in a polar solvent
针对现有电解质随机密度泛函理论忽略溶剂极性的问题，研究从微观原理推导了适用于极性溶剂中离子的显式SDFT理论，计算相关可观测量并明确了各因素对电解质动力学的影响，为理解离子与环境涨落的耦合提供支撑。
2025-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
A Nonlinear Boundary Condition for Continuum Models of Biomolecular Electrostatics
要了解蛋白质等生物分子的行为，需要了解周围流体（溶剂）环境的关键影响-水与移动盐离子，如钠。不幸的是，对于许多研究来说，完全原子模拟被数千个水分子和离子包围的生物分子在计算上太慢了。基于宏观介电理论（例如泊松方程）的连续溶剂模型是流行的替代方案，但它们的简单性未能捕捉到众所周知的功能意义的现象。例如，标准理论预测静电响应相对于原子电荷的符号是对称的，即使如果电荷靠近生物分子表面，则响应实际上是强烈不对称的。在这项工作中，我们提出了一个不对称的连续理论，捕获的基本物理机制-溶剂原子的有限大小-使用非线性边界条件（NLBC）在生物分子和溶剂之间的介电界面。使用边界积分方法的数值计算表明，新的NLBC模型再现了更现实的，昂贵的，全原子分子动力学（MD）模拟显式水计算的结果范围广泛。我们讨论了模型扩展，如建模稀电解质溶剂与Debye-Huckel理论（线性化的泊松-玻尔兹曼方程）和机会，为电磁学界在分子纳米科学和工程的这一重要领域的研究作出贡献。
2015-05-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
The collapse of linear polyelectrolyte chains in a poor solvent: When does a collapsing polyelectrolyte collect its counter ions?
为了更好地理解聚离子在不良溶剂条件下的崩溃，需要知道假设不带电荷的聚合物主链的有效电荷和溶剂质量。在本工作中，这是通过利用聚-2-乙烯基吡啶季铵化到4.3%与乙基溴。电导率和光散射测量被用来研究等折射率的溶剂/非溶剂混合物组成的1-丙醇和2-戊酮，分别在几乎恒定的介电常数的聚离子崩溃。不带电的聚离子的溶剂质量可以量化，这是第一次，允许静电相互作用的效果之前和聚离子崩溃期间的实验研究，通过比较一个新开发的理论。尽管所研究系统的曼宁参数低至$l_B/l = 0.6$（$l_B$是Bjerrum长度，$l$是两个电荷之间的平均轮廓距离），即不应发生反电荷结合，对电导率数据的定性解释表明，当尺寸开始收缩到良溶剂极限以下但仍远高于$θ$时，聚离子链已经收集了其抗衡离子。维度
2009-01-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interparticle Interactions in Nonlocal Media: Attraction and Repulsion from Charge-Polarization Coupling
University of Oxford（牛津大学）；Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Department of Chemistry, University of Oxford（牛津大学化学系物理与理论化学实验室）；The Kavli Institute for Nanoscience Discovery（卡弗里纳米科学发现研究所）
研究揭示了非本地介质中粒子相互作用的复杂机制，通过电荷-极化耦合产生对称和反对称相互作用，解释了长程吸引力和排斥力的形成。
2026-05-10 cond-mat.soft
Dielectric response of the water hydration shell of an ion: a field theory approach
这项工作的目标是提出一个简单的连续模型，捕捉水的介电特性在纳米尺度。我们写一个静电能量作为一个功能的极化场包含一个长期的$P^4$和非本地高斯条款。这样的哈密顿量可以再现水的两个关键性质：在强静电场存在下水的极化响应的饱和度和溶剂分子的纳米偶极相关性，从而改变长程范德华相互作用。该模型探讨了两个基本方面，必须包括在隐式模型的电解质在纳米尺度的静电相互作用的相关描述。
2019-04-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effective dielectric constant of water at the interface with charged C$_{60}$ fullerenes
采用分子动力学数值模拟方法，对巴克敏斯特富勒烯C $_{60}$的中性态和带电态进行了模拟，计算了界面水的偶极极化率和相应的界面介电常数.介电常数在10- 22之间，随温度和溶质电荷的变化而变化，水化水发生结构交叉。其主要签名包括指向溶质的悬挂O-H键的释放和水合水的优先取向的变化，从那些特征疏水带电基板。界面介电常数标志着具有尖峰的结构转变。这里采用的计算形式主义提供了直接访问界面磁化率从计算机模拟产生的配置。所需的属性是溶剂化壳的偶极矩的径向投影和溶质内部溶剂的静电势之间的互相关。
2019-01-02 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electrostatics of liquid interfaces
标准麦克斯韦公式化的问题的极化受到一些困难，概念和实践。这些困难在液体界面的情况下是特别显著的，其中界面多极子改变它们的取向以使它们的自由能最小化的能力导致局部化在薄的微观层内的界面极化。一种形式主义，以捕捉局部界面极化的物理现实，提出了基于表面电荷的微观电场的来源，在MEMS。表面电荷密度将界面的局部结构纳入静电计算。相应的表面磁化率和界面介电常数提供局部封闭的静电边值问题。提出了一种从数值模拟中计算表面磁化率的稳健方法。磁化率也可以从许多溶液实验中提取，特别是对封闭电介质表面的总偶极矩敏感的溶液实验。该理论适用于溶剂引起的光谱位移和高频介电响应的解决方案。
2014-05-14 cond-mat.soft
