Direct observation of pore collapse and tensile stress generation on pore wall due to salt crystallization
由于盐结晶而在孔隙中产生的应力通常被分析为使用结晶压力的概念的压缩应力产生机制。我们报告了一个完全不同的压力产生机制。与晶体推动孔壁的经典图像相反，晶体生长导致局部张应力的产生。该拉伸应力发生在产生压缩应力的区域附近，因此也引起剪切应力。拉伸应力的产生归因于限制在晶体和孔壁之间的薄膜中的毛细效应。这些研究结果是从直接光学观察模型孔，其中的拉伸应力的产生导致位于晶体和孔死端之间的孔区域的崩溃。实验还揭示了其他有趣的现象，如PDMS通道中的超低速干燥或晶体在坍塌过程中的不对称生长。
2019-01-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Formation of porous crystals via viscoelastic phase separation
胶体悬浮液的粘弹性相分离可以通过玻璃化转变或结晶而中断以形成凝胶。与一个新的共聚焦显微镜协议，我们遵循整个动力学的相分离，从均匀相不同的逮捕状态。在实验中，我们的结果首次揭示了一种新的结晶途径海绵状多孔晶体结构。在早期阶段，我们表明，成核需要一个结构重组的液相，称为应力驱动的老化。一旦成核开始，我们观察到结晶遵循三种不同的路线：液相直接结晶，Bergeron过程，和Ostwald熟化。成核在重组网络内部开始，但晶体通过气相在其表面上的直接冷凝而生长，驱动液体蒸发，并产生不同于原始相分离模式的网络结构。我们认为，类似的晶体凝胶状态可以形成在单原子和分子系统中，如果液相是足够慢，以诱导粘弹性相分离，但足够快，以防止立即玻璃化。这提供了一种新的途径来形成金属和半导体的纳米多孔晶体而不脱合金，这对于催化、光学、传感和过滤应用可能是重要的。
2018-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of Freezing Point Depression in Charged Porous Media
带电多孔介质中的冻结可引起显著的压力，并对组织和功能材料造成损伤。我们制定了一个物理相容的理论来模拟带电非均匀多孔空间内的冻结现象。两个制度的区别：在开放的孔隙空间中的自由离子导致冰点下降和压力的影响可以忽略不计。另一方面，如果发生纳米流体盐捕获，则由于电解质中的高离子浓度，随后的冰形成被抑制。在这种情况下，我们的理论预测，与纯水相比，冻结开始的温度要低得多。在1D中，随着温度进一步降低，冰不断生长，直到盐浓度达到饱和，所有离子沉淀形成盐晶体，冻结完成。如果盐的初始浓度高，则在盐的截留之前会产生巨大的压力。我们显示的经典成核理论的修改，由于捕获的盐离子。有趣的是，虽然冻结过程是巨大的变化，捕获的盐，我们的分析表明，吉布斯-汤普森方程的限制熔点移动不受电解质的存在。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Motile Bacteria Modify Salt Precipitation Patterns in Dried Sessile Droplet
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Nebraska - Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；Blue Valley North High School（蓝谷北高中）
本研究发现运动性大肠杆菌可改变静置液滴蒸发的盐结晶模式，通过多模型解释该现象，揭示微生物主动控制蒸发结晶的潜力。
2026-08-18 cond-mat.soft
Nucleation in aqueous NaCl solutions shifts from 1-step to 2-step mechanism on crossing the spinodal
在这项工作中，我们使用大规模的分子动力学模拟耦合到自由能计算，以确定第一次的稳定性限制（spinodal）和在NaCl水溶液中的成核机制的变化。这是一个具有相当大的大气、地质和技术意义的系统。我们发现，过饱和的亚稳NaCl溶液达到其极限的稳定性在足够高的盐浓度，所示的盐化学势的组成依赖性，表明通过调幅分解相分离的过渡。然而，NaCl溶液的亚稳极限不对应于结晶的调幅分解。我们发现，超出此调幅，液体/无定形分离发生在水溶液中，从而离子首先形成无序的集群。我们称这些簇为“无定形盐”。我们还确定了从一个过渡到两步结晶机制驱动的spinodal。特别地，从NaCl水溶液中结晶超过旋节线是两步过程，其中离子首先相分离成无序的无定形盐簇，然后在无定形盐相中结晶离子。相比之下，在浓度低于亚稳线的NaCl水溶液中，结晶通过一步过程发生，因为离子直接聚集成晶核。随着过饱和度的增加，机制的变化强调了准确测定相分离驱动力的重要性。这项研究具有更广泛的影响机制，从解决方案在高过饱和度的晶体成核。
2018-12-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
The Nonequilibrium Crystallization Force
生长的晶体对周围物质施加的力在许多地质过程中起着重要作用，从成岩置换到岩石风化和岩石和土壤的隆起。虽然结晶是一个非平衡过程，但对这些力的理论预测是基于平衡热力学的。在这里，我们表明，非平衡效应可以导致大孔中的结晶力下降，在生长过程中，晶体表面从周围的壁解离。临界孔径以上，这种脱离可以观察到的动力学系数的比率，仅取决于不能从热力学预测。我们的结论是基于一个物理模型，该模型解释了质量传输的非平衡动力学，以及分离晶体和周围壁的薄液膜内的压力效应。我们的研究结果表明，可以维持结晶力接近平衡预测的孔隙的最大尺寸范围从微米的盐到一毫米的低溶解度矿物，如方解石。这些结果进行了讨论，在最近的实验观察限制盐晶体的生长。
2019-09-01 cond-mat.soft physics.geo-ph
High-flux water desalination with interfacial salt sieving effect in nanoporous carbon composite membranes
纳米多孔碳复合膜，包括一层多孔碳纤维结构，平均通道宽度为30-60 nm的多孔陶瓷基板上生长，被发现表现出强大的脱盐效果与高淡水通量。在真空膜蒸馏、反渗透和正渗透三种不同的膜过程中，碳复合膜显示出100%的脱盐率，与现有的聚合物膜相比，淡水通量高3.5至20倍。热核算实验发现，至少80%的淡水通过碳复合膜而没有相变。分子动力学模拟揭示了一种独特的排盐机理。当海水与蒸汽或碳表面接触时，一至三个界面原子层不含盐离子。在液体进入压力以下，盐溶液停止在通向多孔通道的开口处并形成弯月面，而淡水的表面层可以供给在碳纤维表面上快速传输的表面扩散通量，其由化学电势梯度驱动。由于表面输送的水不涉及相变，因此该组分不涉及潜热形式的能量消耗。
2016-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Desalination Performance of Nano porous Mos$_2$ Membrane on Different Salts of Saline Water: A Molecular Dynamics Study
本研究通过分子动力学方法，探讨了纳米多孔Mos$_2$膜在不同盐水脱盐中的性能，发现其水渗透率随孔径和压力增加而提高，但离子截留率有所下降，为海水淡化提供了高效节能的潜在解决方案。
2023-11-26 cond-mat.soft
Interface-templated crystal growth in sodium dodecyl sulfate solutions with NaCl
本研究针对含NaCl的高离子强度SDS溶液，探究其液/气界面的SDS结晶行为，证实晶体由吸附的SDS分子生长而成，发现可通过调控SDS或NaCl浓度控制晶体生长的独特时间尺度。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A multi-scale study to unravel the dehydration mechanism of hydrated salts
Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理研究所）；Universite de Pau et des Pays de l’Adour, CNRS, LFCR, DMEX（波尔多阿基坦大学，法国国家科学研究中心，LFCR，DMEX）
该研究结合多种表征技术，揭示十水硫酸钠脱水的两阶段动力学机制，发现晶体对称性变化决定水合盐表面形貌，提出可通过结构指标预测脱水途径以设计储热材料。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Water-rich amorphous state from drying mixed-metal sulfate solutions
本研究通过干燥混合金属硫酸盐溶液发现新型富水非晶混合硫酸盐材料，揭示其粘弹性、高含水量等特性及结晶抑制机制，为新型非晶材料制备提供参考并助力火星非晶盐谜题解析。
2025-05-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Disordered nano-wrinkle substrates for inducing crystallization over a wide range of concentration of protein and precipitant
有大量的蛋白质，其存在是已知的，但不知道它们的晶体结构，因为很难找到它们结晶的确切条件。在具有小而大的孔分布的无序多孔基底上的非均质成核被认为是解决这个问题的灵丹妙药，但实际上并不存在适用于使大量蛋白质结晶的通用成核剂。为此，我们在这里报告的纳米褶皱基板，显示显着的能力和控制蛋白质结晶。不同蛋白质的实验表明，在这些底物上，即使在缓冲液中蛋白质浓度很低的情况下，晶体也能成核。沉淀剂浓度在约0.003- 0.3 M的数量级范围内变化时，出现少量非常大的晶体;对于某些蛋白质，甚至在不添加任何沉淀剂的情况下也出现晶体，而在任何其他异质底物中均未观察到。从本质上讲，这些底物显着降低了上述两个参数的影响，这两个参数被认为是结晶的关键因素，这意味着可以利用这一优势来寻找其他尚未结晶的蛋白质的结晶条件。
2015-10-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Porous crystals in charged sphere suspensions by aggregate-driven phase separation
本研究通过光学显微镜观察带电胶体悬浮液，发现聚集体驱动的相分离可形成多孔晶体，其稳定性与慢速生长的纯相晶体相当，为多孔材料制备提供新路径。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusiophoresis and medium structure control macroscopic particle transport in porous media
在这封信中，我们表明，沿局部盐梯度的胶体颗粒的孔隙尺度的扩散电泳表现在多孔介质中的颗粒的宏观分散。尽管是短暂的性质，这种微观现象控制大规模的颗粒传输之间的传输和死端孔改变他们的分区。它决定了介质中的停留时间和到达时间的分布。根据扩散电泳的流动性，颗粒可以从死端孔中移动或捕获在死端孔中，这为多孔介质中的颗粒的受控操纵提供了一种手段。
2023-03-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Freezing point depression and freeze-thaw damage by nano-fuidic salt trapping
许多生物体和潮湿的物质能够忍受远低于大量水的冰点的温度。生物学中的耐低温性通常归因于“防冻”蛋白质，然而大规模过冷（$< -40^\circ$ C）在仅含有简单含水电解质的多孔介质中也是可能的。对于混凝土路面，普遍的看法是，冻融破坏是由于水在冻结时膨胀造成的，但这不能解释破坏混凝土所需的大压力（$> 10$ ~MPa）、观察到的路面破坏与除冰盐之间的相关性，或含苯的水泥浆的破坏（在冻结时收缩）。在这封信中，我们提出了一种不同的机制-纳米流体盐捕获-它可以解释观察结果，使用简单的数学模型，溶解的离子局限于生长的冰和带电表面之间的薄液膜。虽然捕获的盐降低了凝固点，但带电孔中的冰成核通过被排斥的离子引起巨大的分离压力，直到它们在较低温度下通过沉淀或表面吸附而被去除，从而释放压力并允许完全冻结。该理论能够预测混凝土冻融损伤的非单调盐浓度依赖性，并为理解抗冻性的起源提供了一个一般框架。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusiophoretic dispersion of a colloidal blob in porous media
Yale University（耶鲁大学）
通过实验和模拟研究，发现扩散泳导致胶体团在有序/无序多孔介质中的纵向分散与直觉相反：吸引增强分散，排斥抑制分散，并揭示其机制为慢流线与快流线间的粒子交换。
2026-05-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Solubility of organic salts in solvent-antisolvent mixtures: A combined experimental and molecular dynamics simulations approach
我们将分子动力学模拟与实验相结合来估计有机盐在复杂生长环境中的溶解度。我们预测的溶解度通过模拟的生长和溶解的离子在晶体表面的扭结网站在不同的溶液浓度。因此，溶解度被确定为溶液的盐浓度，其中溶解在溶液中的离子对的能量等于在扭结位点处结晶的离子对的能量。模拟方法的情况下，无水乙酸钠结晶从各种溶剂-抗溶剂混合物。为了验证预测的溶解度，我们使用实验装置和测量方案在内部测量了乙酸钠的溶解度，该实验装置和测量方案保证了无水分条件，这对于像乙酸钠这样的吸湿性化合物是关键的。我们观察到乙酸钠在不同溶剂-反溶剂混合物中的溶解度实验和计算评估之间的良好协议。鉴于模拟产生的协议和丰富的数据，我们可以使用它们来补充实验任务，这反过来又会减少设计复杂的有机盐工业结晶过程的时间和资金。
2022-03-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Precipitation-dissolution cycling drives intermittent salt creeping
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Wageningen University and Research（瓦赫宁根大学与研究）；University of Twente（特温特大学）；Canon Production Printing BV（佳能生产印刷有限公司）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究盐蠕变动力学为何有时平滑有时间歇性的问题，通过研究毛细管中盐溶液受限蒸发，结合实验与理论模型，发现吸湿滞后能使稳定蒸发变为间歇性蠕变，将盐蠕变重塑为弛豫振荡器，指出滞后相变是蒸发多组分流体间歇性的通用途径。
2026-10-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Crystallization of medium length 1-alcohols in mesoporous silicon: An X-ray diffraction study
直链1-醇n-C16 H33 OH、n-C17 H35 OH、n-C19 H37 OH分别在平均直径为10 nm和15 nm的硅中孔中吸收和固化。X射线衍射测量揭示了一组六个离散的取向状态（“域”），其特征在于相对于孔的长轴的分子的垂直排列和关于该方向的四重对称性，这与Si主机的晶体对称性相一致。形成双层的布拉格峰系列特征表明在15 nm孔中的空间受限的醇晶体的层状结构。相比之下，对于10 nm孔，没有检测到分层反射。负责的奇特的取向状态的生长机制是由于纳米尺度版本的布里奇曼技术的单晶生长，其中的主要生长方向是对齐的长孔轴。我们的观察结果类似于限制在中孔硅中的中等长度正烷烃所遇到的生长现象（Phys.Rev.E75，021607（2007）），并且可以进一步阐明为什么多孔硅基质充当用于蛋白质溶液结晶的有效成核诱导材料。
2008-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Impact of Asymmetries in Valences and Diffusivities on the Transport of a Binary Electrolyte in a Charged Cylindrical Pore
多孔介质中的离子传输存在于大量技术中，例如，能量存储设备，如电池和超级电容器，以及环境技术，如电化学碳捕获和电容去离子。最近对平板电极的研究表明，离子性质的不对称性，如化合价和扩散率，导致有趣的和反直觉的物理现象。然而，这种不对称性对离子传输的后果很少在多孔几何形状中被探索。为了弥合这一知识差距，我们进行了一个微扰扩展的泊松-能斯特-普朗克方程在一个圆柱形的孔隙中的小电位的限制与任意的化合价和扩散系数的二元电解质。我们得到了很好的协议之间的扰动分析和直接数值模拟。我们的分析表明，电荷和盐输运相互耦合。此外，电荷和盐的传输过程之间的耦合增强与价和离子的扩散不对称性的增加。我们观察到，不匹配的离子扩散系数诱导一个非平凡的盐动力学，产生瞬态耗尽或增强的盐在孔。在高静态扩散层电导的制度，我们得到了我们的微扰模型的解析解。该解决方案阐明了电解质的不对称性如何诱导两个充电时间尺度是由相对孔径设置。在双电层机制中，这些时间尺度减少到每个离子的扩散时间，使得两个离子的传输似乎是解耦的。总的来说，我们的工作强调了阳离子和阴离子扩散率的不对称性从根本上改变了带电圆柱孔内的离子传输行为，并开辟了多孔材料中电解质传输研究的新途径。
2022-06-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Controlled Spherulitic Crystal Growth from Salt Mixtures: A Universal Mechanism for Complex Crystal Self-Assembly
研究了室温下硫酸盐混合物蒸发水溶液中硫酸钠受控球晶生长的条件，发现二价金属离子诱导高粘度溶液中的非经典成核，首次量化了过饱和度与生长动力学，为调节球晶形态提供了实用策略。
2025-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Analytical modeling of micelle growth. 4. Molecular thermodynamics of wormlike micelles from ionic surfactants: theory vs. experiment
假设条件：在离子型表面活性剂和盐的溶液中的spherocylinerase（棒状，蠕虫状）胶束的聚集数和长度可以预测知道的分子参数和输入浓度的物种。这可以通过升级的定量分子热力学模型，从本系列前面的部分与胶束断裂能的静电分量的表达式，这是相对于胶束的圆柱形部分的球形端帽的过剩自由能。理论：胶束化的热力学扩展到多组分体系的情况下，其中可能包含几个表面活性剂（离子和非离子）和盐，考虑到在胶束表面上的Stern层中的抗衡离子结合的效果。此外，考虑的重点是由单离子表面活性剂加盐的系统。调查结果：在不同盐浓度和温度下，阴离子和阳离子表面活性剂蠕虫状胶束的理论模型和实验数据之间取得了很好的一致性。根据实验观察，在高盐浓度下，该模型预测蠕虫状胶束的端盖和圆柱形部分之间的化学平衡的损失，这意味着过渡到其他的自组装，例如分支，形态或结晶和相分离的开始。
2020-10-09 cond-mat.soft
Diffusiophoretic transport of colloids in porous media
Department of Mechanical Engineering and Materials Science, Yale University（耶鲁大学机械工程和材料科学系）
研究多孔介质中胶体输运机制，揭示化学梯度导致的非平衡扩散动力学迁移，展示溶质梯度对几何杂乱度影响的调节作用，需重新审视经典模型以适应实际应用。
2024-11-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Metastability limit for the nucleation of NaCl crystals in confinement
我们研究了氯化钠晶体的自发成核和生长诱导控制蒸发在有限的几何形状（微毛细管）跨越几个数量级的体积。在所有实验中，成核可重复地在非常高的过饱和度S~1.6下发生，并且与微毛细管的尺寸、形状和表面性质无关。我们表明，从经典的成核理论，这是预期的：S~1.6对应于成核第一次成为实验时间尺度上观察到的点。在成核开始时达到的高过饱和度的结果是单个骨架（Hopper）晶体的非常快速的生长。在多孔介质上的实验也揭示了在多孔网络中截留的液体袋中形成Hopper晶体，并因此强调了氯化钠可以容易地达到高过饱和度的事实，尽管通常对这种盐进行假设。
2014-01-30 cond-mat.soft
Colloid recovery from porous structures under ambient flow: enhanced extraction via phoretic and osmotic mechanisms
Indian Institute of Technology Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
研究环境流动下多孔结构中胶体的回收，通过有限元模拟表征溶质梯度方向（溶质流出和溶质流入模式）对电泳和渗透胶体提取的影响，揭示不同模式下胶体提取行为及扩散渗透滑移增强作用，为相关领域提供指导。
2026-10-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
