介质不均匀性下的强耦合静电场

非均匀电介质中静电无序引起的相互作用

Electrostatic Disorder-Induced Interactions in Inhomogeneous Dielectrics

我们研究了在介电不均匀性和添加盐的存在下，猝灭的表面电荷无序对两个带电表面之间静电相互作用的影响。我们表明，在线性弱耦合制度（即，通过包括平均场和高斯涨落贡献），镜像电荷效应导致相等平均电荷的两个表面之间的非零无序诱导的相互作用自由能，其可以是排斥的或吸引的，这取决于边界表面上的介电失配和无序电荷分布的确切位置。

可极化介质中两个带电介电球之间静电相互作用的机制：有效偶极分析

Mechanisms of electrostatic interactions between two charged dielectric spheres inside a polarizable medium: An effective-dipole analysis

本文通过有效偶极分析研究可极化介质中两个带电介电球的静电相互作用，发现当介质介电常数大于两球时，短距离下会出现极化诱导的异号电荷排斥，揭示了该反直觉现象背后的电荷分离与介质极化物理机制。

静电驱动颗粒介质动力学。湿度的影响

Dynamics of electrostatically-driven granular media. Effects of Humidity

我们进行了实验研究的湿度对静电驱动的颗粒材料的动力学的影响。随着外加电场的增加，导电粒子和电介质粒子都经历了从不动状态（颗粒状固体）到流化状态（颗粒状气体）的相变。当外加驱动力降低时，固相团簇会从气相中自发析出。导电颗粒中的聚集动力学主要由电场的屏蔽控制，但由湿度引起的凝聚力辅助。结果表明，湿度的影响占主导地位的电介质颗粒的聚类过程。

中性粒子在介电基底上的静电自组装：基于多重镜像法和有效偶极子方法的理论研究

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。

Explicit Solvent Theory of Salt-Induced Dielectric Decrement

We introduce a field-theoretic electrolyte model composed of structured solvent molecules and salt ions coupled by electrostatic and hard-core interactions. Within this explicit solvent theory, we characterize the salt-driven dielectric decrement beyond weak-coupling (WC) electrostatics. The WC approximation of prior formalisms is relaxed by treating the salt charges via a virial expansion. This virial approach enables the explicit inclusion of the many-body salt-solvent interactions, and directly leads to the experimentally observed linear decay of the electrolyte permittivity with added dilu…

DNA分子迁移时介电膜的静电能垒

Electrostatic energy barriers from dielectric membranes upon approach of translocating DNA molecules

我们探测与DNA易位事件的接近阶段相关的静电成本。在Debye-Huckel水平的分析理论中，我们计算了刚性DNA分子与电介质膜相互作用的静电自由能。对于碳或硅基低介电常数中性膜，DNA分子经历10 kBT和100 kBT之间的排斥能垒。在具有高介电常数的工程膜的情况下，膜表面以相同大小的能量吸引DNA。排斥和吸引相互作用都是由图像电荷效应引起的，并且即使对于尺寸d~6 A的最薄的石墨烯基膜，它们的幅度也存在。对于弱电荷膜，静电自由能总是吸引在大的分离距离，但开关排斥接近膜表面。我们还研究了相互作用能对聚合物长度的依赖性。对于膜电荷密度的特定值，低介电常数膜排斥短聚合物，但吸引长聚合物。我们的研究结果可以用来控制强静电自由能的DNA膜相互作用之前易位事件的化学工程的相关系统参数。

空间变介电常数介质中静电场的变分形式

A variational formulation of electrostatics in a medium with spatially varying dielectric permittivity

在生物和合成材料中，许多重要的过程涉及存在于具有空间变化的介电常数的介质中的电荷。为了准确地理解静电相互作用在这种系统中的作用，重要的是要考虑介质介电常数的空间依赖性。然而，由于随之而来的理论和计算的挑战，这种介质的非均匀介电响应往往被忽略或过度简化。我们开发了一个变分制剂的静电准确调查系统，表现出这种不均匀的介电响应。我们的配方是基于一个真正的能量功能的极化电荷密度。一个真正的能量泛函的定义特征是，在其最小值，它评估的实际值的能量;这是一个功能没有发现在许多常用的静电泛函。我们详细探讨了带电系统，表现出尖锐的不连续的介电常数的变化，我们表明，在这种情况下，我们的功能减少到一个功能的只有表面极化电荷密度。我们应用这个减少功能研究模型问题的解析解是众所周知的。此外，我们证明，该功能有许多属性，使其非常适合用于分子动力学模拟。

液体界面静电学

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。

Dressed Counterions：Poly- and monitary ions at charged dielectric interfaces

Dressed Counterions: Poly- and monovalent ions at charged dielectric interfaces

我们研究了在含有多价和单价离子的不对称电解质存在下，在具有介电不均匀性的带电界面处的离子分布和过充电。我们制定了一个有效的“着装反”的方法，通过整合出的单价盐自由度，并表明它同意明确的蒙特卡罗模拟的结果。然后，我们应用强耦合理论的框架内，有效的多价离子在低浓度下，这使得盐的影响，以及在系统水平上的强库仑相互作用的限制的介电不均匀性的分析描述的着装counterweight的方法。该理论的局限性和适用性进行了检查，通过与模拟结果进行比较。

Field theory of structured liquid dielectrics

We develop of a field-theoretic approach for the treatment of both the non-local and the non-linear response of structured liquid dielectrics. Our systems of interest are composed of dipolar solvent molecules and simple salt cations and anions. We describe them by two independent order parameters, the polarization field for the solvent and the charge density field for the ions, including and treating the non-electrostatic part of the interactions explicitly and consistently. We show how to derive functionals for the polarization and the electrostatic field of increasingly finer scales and solv…

介电界面下的静电相互作用和极化诱导的类电荷吸引

Electrostatic interaction in the presence of dielectric interfaces and polarization-induced like-charge attraction

静电极化在许多纳米/微米尺度的物理系统中是重要的，例如胶体悬浮液、生物聚合物和纳米材料组装。极化势的计算需要求解三维泊松方程的有效算法。我们发展了一种有用的镜像电荷法，用于快速计算存在球形介质间断的泊松方程的格林函数。本文提出了一个广泛的研究，这种方法的收敛性分析和开发的粗粒度算法。粗粒化的使用可以将图像电荷的数量减少到十几个左右，减少1-2个数量级。我们使用该算法来研究在不同的电介质环境中可能带电的球体之间的相互作用力。我们发现的大小和电荷的不对称性，导致类似的收费之间的吸引力，与现有的结果一致。进一步研究了三体相互作用，发现在存在外界面的情况下，相互作用力依赖于界面的曲率，表现为非单调的静电力。

强静电关联和非均匀介质的自洽场模型

Self-consistent field model for strong electrostatic correlations and inhomogeneous dielectric media

电解质的静电相关性和可变介电常数对于探索水溶液中界面的许多化学和物理性质是必不可少的。我们提出了一个连续的静电模型的自洽场论的框架内处理这些影响。该模型结合了空间或场依赖的介电常数和排除离子尺寸效应的相关能量。这导致自能修正的Poisson-Nernst-Planck或Poisson-Boltzmann方程以及自能和介电函数的状态方程。我们表明，离子的大小是一个有限的非均匀介质中的离子的自能量预测的重要性。本文提出了一个广义Debye-Huckel方程的渐近近似解，该方程已被证明能捕获离子相关和介电自能。通过模拟大离子周围的离子分布，表明改进的自洽场模型与基于粒子的蒙特卡罗模拟相一致。对对称和非对称电解质的数值计算结果表明，该模型能够预测多价界面离子存在下的高相关区的电荷反转，这超出了平均场论，并且由于介电常数的空间或场依赖性，对双层结构也有很强的影响.

通过绝缘膜迁移的生物聚合物的介电捕获

Dielectric trapping of biopolymers translocating through insulating membranes

通过基于纳米孔的移位技术对生物聚合物进行灵敏测序需要延长分子在孔中所花费的时间。我们发展了聚合物迁移的静电理论，表明迁移时间可以通过聚合物的介电捕获而延长。在稀盐条件下，低介电常数膜和大介电常数溶剂之间的介电对比引起聚合物的顺式和反式部分之间的吸引力相互作用。这种自吸引作用就像一个电介质陷阱，可以将易位时间提高几个数量级。我们还发现静电相互作用导致移位时间$τ$与聚合物长度$L$的分段缩放。在短的聚合物制度$L\lesssim10$ nm的外部漂移力占主导地位的静电聚合物相互作用，易位的特征在于漂移行为$τ\sim L^2$。在中间长度区域$10\;{\rm nm}\lesssim L\lesssimκ_{\rm b}^{-1}$中，其中$κ_{\rm b}$是德拜-休克尔屏蔽参数，介电陷阱接管漂移力。因此，增加聚合物长度导致易位时间的准指数增长。最后，在长聚合物$L\gtrsimκ_{\rm b}^{-1}$的范围内，盐屏蔽导致电介质陷阱的饱和，移位时间随$τ\sim L$线性增长。这种强烈偏离漂移行为突出了静电相互作用在聚合物易位中所起的重要作用。

带电平面壁面间反离子的静电像效应

Electrostatic image effects for counter-ions between charged planar walls

研究了介电不均匀性对两个带相反电荷的平行带电表面间相互作用的影响。表面之间的介电常数被假定为是不同的介电常数的两个半无限的区域所界定的表面，引起静电图像的相互作用。我们表明，在弱耦合水平上的图像电荷效应一般很小，使他们的标记只在二阶波动项。然而，在强耦合极限下，镜像效应是大的和基本的。它们以一种基本的方式改变了两个表面之间的相互作用。我们的计算是特别有用的，在政权的参数，计算机模拟将是困难的，非常耗时的，由于复杂的性质的远程图像潜力。

在表面电荷调节存在下的静电相互作用：精确结果

Electrostatic interactions in the presence of surface charge regulation: exact results

我们研究的问题，电荷调节和它的影响，在一个家庭的一维精确可解模型的可解离的电荷基团之间的静电相互作用沉浸在一价电解质。我们考虑的情况下，这两个电荷调节板，而且对有限大小的电介质“粒子”的相互作用。利用转移矩阵形式，我们能够确定分离压力以及作为分离和电解质浓度的函数的物体的电荷和偶极矩之间的相关性

离子水化壳层的介电响应：场论方法

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。

在生物膜上施加电势：静电对弯曲刚度和膜不稳定性的贡献

Applying a potential across a biomembrane: electrostatic contribution to the bending rigidity and membrane instability

我们研究了由不同电解质包围的非导电不可压缩膜由于外部电势的存在对生物膜力学性能的影响。通过求解静电势的Debye-Huckel方程和Laplace方程，并使用相关的应力张量，我们发现：在（1）中。小屏蔽长度限制，其中德拜屏蔽长度小于电极之间的距离，屏蔽证明所有静电相互作用是短程的，并且施加电势的主要影响是减小膜张力并增加抗弯刚度;导出了静电对张力和弯曲刚度的贡献的显式表达式作为施加电势的函数，德拜屏蔽长度以及膜和溶剂的介电常数。对于足够大的电压，预期对张力的负贡献会引起膜拉伸不稳定性。对于（2.）介电极限，即无盐（以及与电极之间的距离相比小的波矢），当两侧上的介电常数不同时，所施加的电势引起有效（未屏蔽的）膜电荷密度，其长程相互作用预期导致膜波动不稳定性。

带电可极化粒子间屏蔽多体静电相互作用的理论分析

Theoretical analysis of screened many-body electrostatic interactions between charged polarizable particles

本文基于Lindgren et al. J. Comp. Phys. 371，712-731（2018）和Quan et al. arXiv：1807.05384（2018）这两篇先前的论文，设计了一种新方法来解决由许多介电粒子组成的系统中的静电相互作用的计算问题，这些粒子嵌入均匀的介电介质中，而均匀的介电介质也可以被载流子渗透。该系统由每个粒子的电荷、大小、位置和介电常数以及介质的介电常数和德拜长度定义。考虑到粒子的介电性质的影响进行了探讨，在选定的情况下，在介质中的电解质的存在下，可以显着影响总的相互作用。将系统中所有粒子之间的相互作用描述为真正的多体性质，揭示了这种效应如何有效地影响合力的大小甚至方向，特别是那些作用在净电荷为零的粒子上的力。特别注意的情况下，可以与胶体颗粒在电解质溶液中，它的显示，单独的极化效应可以大大提高或降低-取决于粒子和介质之间的介电对比度-能量势垒，划分粒子凝聚和絮凝区域，当静电和额外的范德华力之间的相互作用被认为是。总的来说，结果表明，一个准确的描述类型的系统的问题，它是必不可少的考虑粒子极化，如果相互作用的粒子之间的分离是可比的或小于介质的德拜长度。

自组装分子双层膜II中的有效势和静电相互作用：生物膜的情况

Effective potentials and electrostatic interactions in self-assembled molecular bilayers II: the case of biological membranes

我们提出了一个非常简单但足够现实的模型，它允许包括大量的分子在这些双层的分子动力学MD模拟，但考虑到分子电荷分布，灵活的两亲分子和一个可靠的水模型。所有这些参数在纳米尺度的分子间和长程静电相互作用的研究中是必不可少的。这个模型以前被用来模拟牛顿黑膜，在本文中，我们将我们的调查扩展到生物膜类型的双层。静电相互作用的计算使用埃瓦尔德总和，宏观长程静电相互作用，我们使用我们以前提出的粗拟合（垂直于双层平面）的分子电荷分布与高斯分布。为了研究一个独特的生物膜（不是双层的堆叠），我们提出了一个简单的有效的外部电位，考虑到水的微观对分布函数，并用于模拟与周围的水的相互作用。有效的宏观和外部电位的方法是非常简单的实现在数值模拟中，空间和时间的电荷不均匀性，然后粗略地考虑。分子动力学模拟的几个模型的一个单一的生物膜，中性或带电的极性两亲物，有或没有水（使用TIP5P水分子间的潜力）。

具有长程库仑相互作用的机器学习势模拟水的介电常数

Simulations of dielectric permittivity of water by Machine Learned Potentials with long-range Coulombic interactions

该研究提出一种统一机器学习方法，利用长程深度势和辅助神经网络，在不同电边界条件下计算水的介电常数、Kirkwood因子及相关长度，建立了可推广的介电性质模拟框架。

Modeling of a charged dielectric interface: Comparison of the continuum and discrete lattice representations of surface charges

Two main approaches in particle-based simulations for modeling a charged surface are using explicit, discrete charges and continuum, uniform charges. It is well-known that these two approaches could lead to substantially distinct ionic distributions, whereas a systematic exploration of the origin is still absent. In this short communication, we calculate the electrostatic force of a single point charge above a planar substrate characterized by a surface charge density and dielectric mismatch and compare the differences in the electrostatic forces produced by discrete and continuum representati…

二元胶体聚集体自组装过程中的介电效应

Dielectric effects in the self-assembly of binary colloidal aggregates

静电相互作用在许多自组装现象中起着重要作用，包括胶体聚集。虽然胶体通常具有不同于周围溶剂的介电常数，但在理论和计算研究中通常忽略由不均匀极化电荷分布引起的有效相互作用。我们介绍了一种有效的技术来解决动态介电几何中的极化电荷，并证明介电效应\emph{qualitatively}改变预测的自组装结构，与令人惊讶的胶体字符串所产生的多体效应。

Debye-Hückel近似下任意荷电球壳静电相互作用的对称性效应

Symmetry effects in electrostatic interactions between two arbitrarily charged spherical shells in the Debye-Hückel approximation

不均匀的电荷分布对带电粒子系统中的静电相互作用有重要的影响，但通常很难从理论上加以研究。我们研究静电相互作用的影响，表现出一定的点群对称性的补丁电荷分布。在德拜-休克尔近似下，我们导出了两个可渗透的、任意带电的球壳的静电相互作用能的一般形式，并将其应用于具有二十面体、八面体和四面体不均匀电荷分布的粒子的情况。我们详细分析了电荷分布对称性如何改变相互作用能，发现局部电荷的不均匀性降低了两个整体带电粒子的排斥力，而电荷分布中足够的取向变化可以将最小的相互作用能转化为吸引力。此外，我们表明，较大的补丁，从而较低的对称性和波数的结果在较大的吸引力相同的变化。

环路膨胀后非均匀带电流体中的静电关联

Electrostatic correlations in inhomogeneous charged fluids beyond loop expansion

本文用静电自洽理论研究了非均匀对称电解质中的静电关联效应。Netz和H.奥兰J. E 11，301（2003））。为了这个目的，我们介绍了两种计算方法，允许解决SC方程以外的循环扩展。这两种方法都可以处理的情况下，介电不连续的边界的单回路理论是已知的失败。通过将从这些方案获得的理论结果与我们在中性单电介质界面处运行的离子的MC模拟结果以及先前的带电界面的MC数据进行比较，我们首先表明弱耦合（WC）Debye-Huckel（DH）理论在体离子密度rhob=0.01 M之前仍然定量准确，而SC理论在rhob= 0.2M时表现出良好的定量精度。然后，我们从微扰SC格式导出了介电均匀带电表面周围非对称分区盐体系的单圈理论。结果表明，相关效应起源于这些系统从盐屏蔽损失之间的竞争，在界面上驱动的离子的散装区域，和界面的countershielding过剩吸引他们向表面。在弱表面电荷的情况下，界面盐屏蔽损失是主要的影响。因此，相关性降低了共离子和反离子的MF密度。随着表面电荷的增加，表面吸引的反离子屏蔽过剩开始占主导地位，相关效应放大这两种类型的离子的MF密度。我们还表明，在一个特征值的静电耦合参数，静电相关的结果在电荷反转效应。

离子泵活动在生物膜中产生波动的静电力

Ion pump activity generates fluctuating electrostatic forces in biomembranes

我们研究的非平衡动力学的脂膜与蛋白质，积极泵跨膜离子。我们发现，该活动导致的波动力分布，由于静电相互作用所产生的介电常数的变化跨膜。通过应用多极展开，我们发现张力和弯曲刚度占主导地位的部分膜波动谱的影响。我们讨论了我们的模型与以前的研究力多极模型相比。

空腔-水界面为极性界面

Cavity-water interface is polar

我们提出的静电和动力学的水化壳周围的Kihara腔的数值模拟结果给出了一个Lennard-Jones（LJ）层在硬球腔的表面。水化层的局部介电响应基本上超过了散装水的介电响应，壳中的介电常数峰值的大小随着腔体尺寸的增大而增大。极壳传播到散装水的空腔半径附近。由水在腔体内产生的静电场的统计遵循线性响应，并且随着腔体尺寸的增加接近连续静电学的预测。

A statistical field theory of salt solutions of 'hairy' dielectric particles

In this paper, we formulate a field-theoretical model of dilute salt solutions of electrically neutral spherical colloid particles. Each colloid particle consists of a 'central' charge that is situated at the center and compensating peripheral charges (grafted to it) that are fixed or fluctuating relative to the central charge. In the framework of the random phase approximation, we obtain a general expression for electrostatic free energy of solution and analyze it for different limiting cases. In the limit of infinite number of peripheral charges, when they can be modelled as a continual char…

基底形貌、材料润湿性和介质厚度对可逆电润湿的影响

Effect of substrate topography, material wettability and dielectric thickness on reversible electrowetting

Kavousanakis等人最近的实验，Langmuir，2018 [1]表明，超疏水表面上的可逆电润湿可以通过使用厚的固体介电层（例如数十微米）来实现。它也已被证明，通过平衡（静态）计算，当电介质层是足够厚的静电压力沿液滴表面平滑地分布，从而可以防止不可逆的Cassie到Wenzel润湿过渡。在目前的工作中，我们进行更现实的，动态模拟的静电诱导的超疏水表面上的传播。为此，我们采用了一种有效的数值方案，使我们能够充分考虑到固体基板的地形。我们详细研究了基板的各种特性（即电介质厚度，几何形状和材料润湿性）的作用，并提出了相关的流图所产生的润湿状态。通过我们的动态模拟，我们确定的条件下，它是可能实现可逆的电润湿。我们发现不仅塌陷（Cassie-Baxter到Wenzel）转变而且基底的接触角滞后显著影响可逆性。

电介质粒子反向电荷测量的进化策略

Evolutionary strategy for inverse charge measurements of dielectric particles

我们报告了一个计算策略，以获得个别电介质粒子的电荷从实验观察它们的相互作用作为时间的函数。该策略使用进化优化来最小化从实验中提取的轨迹和基于多粒子力场的模拟轨迹之间的差异。力场包括库仑相互作用和电介质的极化效应，这些效应是由于粒子-粒子电荷失配和粒子-环境介电对比度引起的。该策略被应用于真空中自由下落的带电颗粒系统，其中静电相互作用是影响颗粒运动的唯一驱动力。我们表明，当粒子的初始位置和速度是已知的，优化器只需要一个初始和最终的粒子配置的一个短的轨迹，以准确地推断粒子的电荷;当初始速度是未知的，只有初始位置是给定的，优化器可以从多个帧沿轨迹学习，以确定粒子的初始速度和电荷。虽然这里提出的结果提供了一个概念验证的演示所提出的想法，所提出的策略可以扩展到更复杂系统的静电带电颗粒物质。

对“带电胶体界面静电相互作用的多极展开”一文的评论

Comment to "Multipolar expansion of the electrostatic interaction between charged colloids at interfaces"

我们提出了一个评论多明格斯等最近的一份文件。他们声称，在由电介质和屏蔽相形成的界面处捕获的带电胶体之间的静电相互作用对于$d^-3$级总是各向同性的。基于这一结果，他们声称胶体之间不存在$d^-3$级的面内偶极吸引，与以前的建议相反。我们指出，他们的分析是不完整的和各向异性（偶极）之间的相互作用的胶体可以存在的顺序$d^-3$。

从介电界面和狭缝纳米孔离子排斥时的离子尺寸效应

Ion size effects at ionic exclusion from dielectric interfaces and slit nanopores

先前开发的场论模型[R. D. Coalson等人，J.Chem.Phys.102，4584（1995）]，其在相同的基础上处理核碰撞和库仑相互作用，以理解离子尺寸对中性和带电粒子在平面界面处的分配的影响以及狭缝纳米孔的离子选择性。我们引入了一个变分方案，可以超越平均场（MF）制度，并以一致的方式耦合孔改性的核心相互作用，空间位阻效应，静电溶剂化和图像电荷力，和表面电荷诱导的静电势。我们表明，在稀释的限制，MF和变分理论符合MC模拟结果，在最近的RPA方法相比。研究了带电汤川粒子在中性介质界面（如空气-水或蛋白质-水界面）的分配。它示出，作为一个结果的核心碰撞之间的竞争，推动离子的表面，排斥溶剂化和图像的力量，排除他们从接口，浓度峰值的有限大小的离子集在接近的电介质界面。我们还表征了中性狭缝纳米孔的离子选择性的离子尺寸所发挥的作用。我们发现，复杂的相互作用之间的静电力，排除体积效应引起的核心碰撞和空间效应导致一个意想不到的逆转，在不同孔径的孔的离子选择性：而大孔表现出更高的电导率为大离子，窄孔排除大离子比小的更有效。

电解质溶液中polymer易位事件的静电学

Electrostatics of polymer translocation events in electrolyte solutions

我们开发了一个分析理论，占图像和表面电荷之间的相互作用的带电的介电膜和DNA分子易位通过膜。通过中性碳基膜的易位事件是由排斥DNA-图像-电荷相互作用与膜的反式和顺式侧上的DNA片段之间的吸引耦合之间的竞争驱动的。后者的效果是由介电膜的耦合的减少引起的。在强盐溶液中，排斥的图像电荷效应占主导地位的有吸引力的trans-cis耦合，DNA分子遇到的易位势垒约10 kBT。在稀电解质中，反式-顺式耦合接管图像-电荷力，并且膜变成亚稳态吸引点，其可以在长时间间隔内捕获易位聚合物。该机制可用于易位实验，以便通过调节溶液的盐浓度来控制DNA运动。

Electrostatic interactions in water: nonlocal electrostatic approach

Can we avoid molecular dynamics simulations to estimate the electrostatic interaction between charged objects separated by a nanometric distance in water? To answer this question, we develop a continuous model for the dielectric properties of water based on a functional of the polarization. A phenomenological Landau-Ginzburg Hamiltonian for the electrostatic energy of water is parameterized to capture the dipolar correlations in the fluid at the nanometric scale. We show that in this framework, the effective interactions of simple objects such as point charges are analytically tractable. In pa…

Ion partitioning effect on the electrostatic interaction between two charged soft surfaces

We theoretically investigate electrostatic properties between two charged surfaces with a grafted polyelectrolyte layer in an aqueous electrolyte solution by using the Poisson-Boltzmann approach accounting for ion partitioning. In order to consider the ion partitioning effect, we focus on changes of electrostatic properties due to the difference in dielectric permittivity of the polyelectrolyte layer and the aqueous electrolyte solution. We find that ion partitioning enhances electrostatic potential in the region between two charged soft surfaces and hence increases the electrostatic interacti…

带电胶体界面静电相互作用的多极展开

Multipolar expansion of the electrostatic interaction between charged colloids at interfaces

本文用多极展开法分析了任意带电胶体在电介质和屏蔽相（如空气和水）界面处的静电势的一般形式。主导项在界面平面中是各向同性的，并且随着$d^{-3}$而变化，其中$d$是距胶体的面内距离。两个任意带电的胶体之间的静电相互作用势也是各向同性的，并且是$\propto d^{-3}$，对应于在水界面上首次发现的点电荷的偶极-偶极相互作用。各向异性相互作用项只出现在具有$n \ge 4$的较高幂次$d^{-n}$中。

反胶团使胶体粒子在非极性溶剂中发生强静电相互作用

Reverse Micelles Enable Strong Electrostatic Interactions of Colloidal Particles in Nonpolar Solvents

虽然静电相互作用在水性胶体悬浮液中的重要作用是众所周知的，并合理地理解，非极性悬浮液中电荷的相关性仍然是神秘的。我们证明，粒子可以有令人惊讶的强静电相互作用，在低介电常数的环境中，当离子被溶解的反胶束。一个简单的热力学模型，胶束的平衡离子强度的结构，是在良好的协议与电导率和相互作用的测量。由于解离离子被反胶束增溶，使粒子表面带电的熵激励发生了质的变化，表面熵起着重要的作用。

随机带电表面的强耦合静电：反脆弱性和有效相互作用

Strong coupling electrostatics for randomly charged surfaces: Antifragility and effective interactions

我们研究了介导的有效相互作用的强耦合库仑流体介导的电介质表面之间进行淬火，随机单极电荷具有相等的平均值和方差，无论是当库仑流体只由移动的多价反离子，当它由一个不对称的离子混合物含有多价和一价（盐）离子平衡与含水散装水库。我们分析的后果，遵循从表面电荷紊乱，介电和盐的图像效果之间的相互作用，和强的静电耦合，结果从多价抗衡离子的分布，这些离子和有效的相互作用压力，他们之间的表面调解。在一个介电均匀的系统中，我们表明，多价抗衡离子被吸引到一个奇异的，无序引起的潜在的表面上的方法，发散的表面，创建一个奇异的抗衡密度分布与代数发散的表面。这种效应驱使系统进入一种较低的热“无序”状态，这种状态可以用重整化温度来描述，因此表现出显着的反脆弱性。作用在表面上的相互作用压力通常显示出高度非单调的行为，作为表面间分离的函数，在小到中等分离处具有突出的吸引力。这种吸引力是直接由电荷无序和多价抗衡离子的强耦合静电的组合效应引起的，即使相对于平均表面电荷具有较小程度的表面电荷无序，这也可以是相当显著的。强耦合，无序诱导的吸引力通常远强于表面之间的范德华相互作用，特别是在几纳米的范围内的表面间分离。

界面附近离子输运的介电调制

Dielectric modulation of ion transport near interfaces

已知纳米器件中的离子迁移率和离子电导偏离本体行为，这是通常归因于表面效应的现象。我们表明，电解质和表面之间的介电失配可以定性地改变离子输运在一个违反直觉的方式。而不是以下的极化诱导的调制的浓度分布，流动性增强或减少的界面附近的离子气氛中的变化和平行于表面的极化力的影响。除了揭示这一机制，我们探讨了盐浓度和静电耦合的影响。

表面张力对介电弹性体表面不稳定性的影响

Surface Tension Effects on Surface Instabilities of Dielectric Elastomers

最近已经提出了介电弹性体用于各种生物相关应用，其中它们可以在流体环境中操作，其中表面张力效应可能对其稳定性和可靠性具有显著影响。在这里，我们提出了一个理论分析加上计算建模的广义机电分析的表面稳定性介电弹性体占表面张力的影响。对于机械变形的弹性体，临界应变和不稳定波长的显着增加，观察小elastocapillary数。当弹性体静电变形时，发现表面张力和预压缩量都显著增加临界电场，同时降低不稳定波长。

反离子释放和静电吸附

Counter-ion release and electrostatic adsorption

研究了刚性粒子（PE）靠近带相反电荷表面时的有效电荷。弱（退火）和强带电PE与凝聚抗衡离子（如DNA）的情况下进行了讨论。在最有趣的情况下，吸附到低介电常数的基板（如脂质膜或云母片）的凝聚抗衡离子并不总是释放的PE接近基板，因为图像电荷效应的主要重要性。对于吸附到具有自由移动电荷的表面上，图像电荷效应变得不那么重要，并且通常预期完全释放。

电介质带电表面间的电解质：模拟与理论

Electrolytes between dielectric charged surfaces: Simulations and theory

我们提出了一种模拟方法来研究电解质溶液中的电介质板的几何形状，使用修改后的3D埃瓦尔德求和。该方法是快速和易于实现，使我们能够快速恢复一个无限系列的图像电荷。在弱耦合极限下，我们还发展了一个平均场论，它使我们能够预测电介质带电板之间的离子分布。这两种方法之间的协议，理论和模拟，是非常好的，验证这两种方法。在强静电耦合极限的离子密度分布的例子。最后，我们探讨了中性表面之间的电荷不对称电解质的限制。

生物分子静电连续介质模型的非线性边界条件

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。

软性电润湿

Soft electrowetting

电润湿是一种常用的工具来操纵疏水表面上的固着液滴。通过在液体和电介质涂覆的表面上施加外部电压，可以实现宏观接触角的减小以增加电压。静电力都在接触线附近以固体电介质层的厚度的量级发挥作用。在这里，我们探讨的情况下，电介质是一个软弹性层，其弹性变形的静电和毛细作用力的影响下。通过测量静态和动态接触角来量化润湿行为，辅之以共聚焦显微镜来揭示弹性形变。尽管接触线附近的力学非常复杂，但宏观的接触角可以根据杨-李普曼的精神从整体守恒定律中理解。关键的发现是，虽然弹性对静态电润湿角没有影响，但基板的粘弹性完全决定了电润湿的扩散动力学。

介电弹性体中的机电畴壁传播：基于共形映射的精确几何求解

Electromechanical Domain Wall Propagation in Dielectric Elastomers: An Exact Geometric Resolution via Conformal Mapping

本文针对介电弹性体机电相变的畴壁传播问题，提出基于共形映射的渐近精确几何框架，结合Gent模型与BPS分析得到精确标度关系，为活性软物质几何不稳定性提供确定性范式。