Star shaped patterns caused by colloidal aggregation during the spreading process of a droplet
本研究发现，当低表面张力的酸性溶液铺展在甘油牛奶混合溶液表面时，铺展过程中在水平面内自发形成星形图案。我们研究了星形图案的出现，由于在实验中使用的甘油溶液与几种粘度和2-甲氧基乙醇水溶液，这是酸性溶液，与几个浓度的界面不稳定性。这一结果表明，星形图案出现在高浓度的2-甲氧基乙醇。我们提出了一个唯象模型，根据我们的实验结果，它解释了以下三点：2-甲氧基乙醇水溶液的甘油溶液的表面上的扩展，与2-甲氧基乙醇混合时发生的变性所造成的牛奶蛋白胶体的胶体聚集，聚集体向移动界面的凹陷区域的积累由清扫效果。该模型再现了星形图案的形成，这是类似的实验之一。此外，该模型提供了一个相图对浓度的2-甲氧基乙醇溶液和粘度的甘油溶液作为控制参数，在我们的实验。相图与实验结果接近。结果表明，上述三点对星形图案的形成是重要的。
2020-08-19 cond-mat.soft nlin.PS
Three-body interactions in colloidal systems
我们提出了第一个直接测量的三体相互作用的胶体系统由三个带电的胶体粒子。两个粒子已被限制的扫描激光镊子的装置，以线形光阱，在那里他们扩散由于热波动。当第三个粒子接近时，已经观察到吸引的三体相互作用。结果是在定性协议与额外执行的非线性Poisson-Boltzmann计算，这也使我们能够调查的微离子密度分布在附近的相互作用的胶体粒子。
2008-01-25 cond-mat.soft
Nematic liquid crystal boojums with handles on colloidal handlebodies
在有序介质表面形成的拓扑缺陷，被称为boojums，在超流体、液晶（LC）、朗缪尔单层和玻色-爱因斯坦凝聚体中普遍存在。它们确定超流体中的超电流，影响聚合物分散液晶中的电光开关，并介导向列型各向同性流体界面的化学反应，但表面拓扑结构在这些缺陷的外观，稳定性和核心结构中的作用仍然知之甚少。在这里，我们展示了强大的生成boojums通过控制表面拓扑结构的胶体颗粒施加切向边界条件的LC分子的排列。为了做到这一点，我们设计了具有不同亏格g的椭球形聚合物颗粒。当被引入到一个双极性液晶中时，这些粒子扭曲了双极性液晶分子的排列场，同时遵守拓扑约束，并诱导至少2g - 2的boojums，允许拓扑电荷守恒。我们的三维纹理的boojums使用偏振非线性光学成像的分子排列和解释我们的研究结果，通过调用对称性的考虑和数值模拟的实验匹配的导演领域，序参量的变化，和非平凡的缺陷形的核心结构。最后，我们讨论了胶体表面和boojums的拓扑结构之间的相互作用可能会导致控制自组装的胶体粒子在pneumatic和paranematic主机，这反过来，可以使可重构的拓扑复合材料。
2016-12-27 cond-mat.soft
Self-assembly and entropic effects in pear-shaped colloid systems: II. Depletion attraction of pear-shaped particles in a hard sphere solvent
我们考虑梨形胶体颗粒在硬球溶剂中的耗尽效应，对于梨形胶体颗粒的两种不同的模型实现。这两种模型是梨形硬高斯重叠（PHGO）颗粒和硬梨形旋转（HPR）。这项研究的动机是提供一个微观的理解，这些梨形胶体在稠密的悬浮液中，在本系列的第一部分中已经报道了显着不同的介观自组装特性。这是通过确定不同的耗尽吸引力，通过MC模拟PHGO和HPR颗粒在一个硬球溶剂的池，并将它们与排除体积计算的数值获得的理想配置的微观水平上进行比较。虽然HPR模型的行为预测的排除体积的分析，PHGO模型展示了相邻颗粒之间的倾斜，这可以归因于PHGO接触函数的特殊的非加性特性的偏好。最后，我们提出了一个潜在的实验可实现的梨形颗粒模型，非添加剂硬梨的革命（NAHPR）模型，这是基于HPR模型，但也具有类似的PHGO颗粒的非添加剂性状，以模仿其耗尽行为。
2020-04-06 cond-mat.soft
Three- and four-body interactions in colloidal systems
在由三个（或四个）带电胶体粒子组成的胶体体系中，已经直接测量了三体和四体相互作用。两个粒子已被限制的扫描激光镊子的装置，以线形光阱，在那里他们扩散由于热波动。通过一个额外的聚焦光阱的第三个粒子已接近和吸引力的三体相互作用已被观察到。这些意见是在定性协议与另外进行的非线性Poisson-Boltzmann计算。两种配置的四个粒子的实验研究，以及在这两种情况下的排斥四体相互作用项已被观察到。
2008-01-25 cond-mat.soft
Geometric Frustration of Colloidal Dimers on a Honeycomb Magnetic Lattice
我们研究了在三角形磁性极小值的蜂窝晶格上组装的相互作用的顺磁性胶体的相行为和集体动力学。当每个钉扎位点恰好用两个粒子填充这些潜在的最小值时，实现了受抑的胶体分子晶体。外部面内旋转场被用来退火系统到不同的阶段，包括长程有序条纹，随机的完全包装环，迷宫和无序状态。在较高幅度的退火场，二聚体晶格显示两步熔融转变，其中最初不动的二聚体进行第一次局部旋转，后来打破了交换粒子跨越连续的晶格极小值。
2016-08-27 cond-mat.soft
Controlling the shape and topology of two-component colloidal membranes
自组装膜的几何形状和拓扑结构的变化是细胞生物学和工程学中各种过程的基础。与脂质双层类似，单层胶体膜具有面内流体样动力学和面外弯曲弹性。它们的开放边缘和微米长度尺度提供了一个易于处理的系统，以研究膜组装和重构的平衡能量学和动态途径。在这里，我们发现，掺杂胶体膜与短混溶棒转换盘形膜成鞍形表面与复杂的边缘结构。鞍形膜很好地近似Enneper的极小曲面。理论模拟表明，它们的形成是由增加正高斯模量，这反过来又控制的短棒的分数驱动。鞍形表面的进一步聚结导致各种拓扑上不同的结构，包括悬链、三点、四点和更高阶的结构。在长时间尺度上，我们观察到一个系统跨越，海绵状阶段的形成。胶体膜的独特特征揭示了实时伴随聚结途径的拓扑变换。我们通过使它们的形状对外部刺激做出反应来增强这些膜的功能。我们的研究结果展示了一种控制薄弹性片形状和拓扑结构的新途径--一种由成分不均匀性引起的涌现弹性驱动的途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Elastomeric Nematic Colloids, Colloidal Crystals and Microstructures with Complex Topology
通过调节颗粒形状、拓扑结构、手性和表面电荷，可以控制胶体和胶体晶体的物理行为。然而，通过改变颗粒形状和随后对外部刺激的响应来改变这种软物质系统的物理行为的能力仍然是难以捉摸的。我们利用双光子光聚合技术制备了一类弹性体胶体环形颗粒和各种微结构。纳米打印颗粒和周围介质内的向列有序导致加热时的各向异性响应和致动。通过热控制，弹性体微结构能够从一属表面拓扑改变为零属表面拓扑。使用这些颗粒作为积木，我们研究了弹性胶体晶体浸泡在一个液晶流体，表现出晶体对称变换。我们的发现可能会导致胶体晶体对各种各样的外部刺激做出反应，包括电场和光。预先设计的弹性胶体的响应，包括胶体表面拓扑结构和晶格对称性的变化，是感兴趣的基础研究和应用。
2021-01-10 cond-mat.soft
Elastic interactions between colloidal microspheres and elongated convex and concave nanoprisms in nematic liquid crystals
我们研究了不同形状和尺寸的胶体颗粒分散在一种非线性流体中时的相互排列和相互作用。凸五边形和凹星形纳米棱柱和微球诱导偶极或四极指向矢结构。随之而来的弹性对之间的相互作用的微球和纳米棱镜是高度依赖于纳米粒子的形状是全方位的吸引力的凸棱镜，但强烈的各向异性的凹棱镜。由于球形颗粒引起的弹性形变导致复杂形状的纳米颗粒在远大于微球尺寸的距离处的明确的排列。我们的特征的弹性对相互作用力，扭矩和结合能的距离和角度的依赖性。所研究的弹性介导的自组装金属和介电纳米粒子具有不同的形状和大小开辟了新的可能性，自组装为基础的制造结构介观复合材料与预先设计的性能。
2016-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Depletion interactions of non-spherical colloidal particles in polymer solutions
我们考虑各向异性的胶体颗粒浸没在长的，灵活的，和非吸附聚合物的溶液中。对于最近合成的粒子的哑铃形状组成的两个相交的球体和透镜形粒子与球形表面，我们计算的各向同性和各向异性的相互作用参数，确定的浸没自由能和取向相关的耗尽粒子之间的相互作用，所引起的聚合物。精确的结果得到随机行走（理想）的聚合物链。
2005-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A review of shaped colloidal particles in fluids: Anisotropy and chirality
这篇评论将不对称的胶体颗粒移动通过其宿主流体的作用下，某种形式的推进。推进力可以来自外部体积力或来自外部剪切流。它也可能来自表面的外部诱导应力，由施加的化学、热或电梯度引起。所产生的运动是由被驱动的质点和被驱离的流体共同引起的。如果物体是不对称的，它们的运动和相互作用的每个方面都取决于物体的方向。该取向又响应于驾驶而改变。因此，物体的形状可以导致一系列各向同性球形粒子不可能出现的各向异性和手性运动。我们首先考虑什么方面的身体的不对称性可以影响其通过流体的漂移，特别是手征运动。接下来我们讨论通过向粒子注入外力或转矩来驱动。然后我们考虑在不注入力或扭矩的情况下驱动。这包括通过剪切流驱动和通过表面应力驱动，例如电泳。我们考虑如何依赖于时间的驱动可以诱导集体取向秩序和相干运动。我们展示了如何一个给定的粒子形状可以表示使用一个点的力量称为Stokeslet对象的组件。接下来，我们考虑各向异性推进粒子之间的相互作用，控制相互作用的对称性，以及结合粒子对的可能性。最后，我们展示了如何集体流体力学的悬浮液可以定性地改变颗粒的形状。这里讨论的不对称响应也广泛相关的主动微米级物体，如微生物的游泳推进。
2020-09-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle monolayer assembly in evaporating salty colloidal droplets
在液滴蒸发到衬底上之后，经常可以发现环形沉积物。如果液滴中的流体是纯液体，并且其接触线在该过程中保持固定，则这种环形沉积背后的机制是众所周知的咖啡污渍效应。然而，向这样的液滴中添加少量的盐可以显著改变内部流动，从而改变沉积机制。由于接触线区域中的表面张力的增加，产生从液滴的顶点朝向接触线引导的马兰戈尼流。结果，颗粒到达液滴的液-气界面之后的接触线。有趣的是，沉积物也是环形的，就像经典的咖啡污渍效应一样，但具有完全不同的形态：颗粒沿着液滴的液体-空气界面形成单层，而不是紧凑的三维沉积物。使用共聚焦显微镜，我们研究了粒子每粒子的组装过程中发生的胶体单层的液滴蒸发不同的初始浓度的氯化钠和初始颗粒稀释。我们的研究结果与经典的扩散限制沉积模型进行了比较，并开辟了一个有趣的场景，通过界面颗粒组装，它可以很容易地产生均匀的沉积物通过操纵液滴中的初始盐和颗粒浓度的存款。
2020-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergence of colloidal patterns in AC electrical fields
悬浮的微粒受到AC电场共同组织成垂直于场方向的带图案。带进一步发展成锯齿形图案，其中观察到颗粒循环。我们证明，这种现象可以观察到相当普遍的生成这样的图案与广泛的颗粒：二氧化硅球，脂肪酸，油，凝聚液滴，细菌，和咖啡粉。我们发现，这一现象可以很好地理解在第二阶电动流动，它正确地预测所需的斑图形成process.Brownian粒子模拟的相互作用的基础上，这些相互作用准确地概括了所有观察到的斑图形成和破胶事件，从一个均匀的颗粒悬浮液。所形成的图案的出现可以在无参数理论内定量地预测。
2021-05-08 cond-mat.soft
Edge pinning and transformation of defect lines induced by faceted colloidal rings in nematic liquid crystals
向列型胶体在取向有序的液晶基质流体中表现出多种多样的由胶体粒子引起的拓扑缺陷和结构。这些缺陷和场的配置定义弹性相互作用和介质介导的自组装，以及作为模型系统，在利用丰富的拓扑结构和几何形状的胶体表面之间的相互作用，磁场，和拓扑奇异性引起的颗粒在磁散装和向列型胶体界面。在这里，我们展示了形成四分之一强度的表面钉扎向错，以及各种各样的导演场配置与分裂和重新连接的奇异缺陷线，促使胶体颗粒与尖锐的边缘和尺寸大到足以定义强边界条件。使用的例子面的环形粒子的属g = 1，我们探讨的缺陷线之间的位置迁移的大部分的主体边缘钉扎位置在粒子的表面，反之亦然，显示出这种行为是符合拓扑约束定义的数学定理。我们讨论了如何改造的体积和表面缺陷线引起的多面胶体可以丰富的多样性的弹性介导的胶体相互作用，以及如何这些发现可能会影响其控制的可重构的自组装的前景，在crosshosts。
2016-12-27 cond-mat.soft
Trapping/Pinning of colloidal microspheres over glass substrate using surface features
由聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅等微纳米颗粒组成的悬浮液体系已成为理解胶体物理的标准模型体系。.这些系统已被证明是对自组装等现象的有用见解。胶体模型系统也被广泛用于模拟许多凝聚态现象，如淬火无序系统的动力学和玻璃化转变。使用光学或全息光镊对粒子进行精确控制对于此类研究至关重要。然而，由于光捕获技术的低通量，对无序空间中的聚集现象如堵塞和群集行为的研究受到限制，本文提出了一种在微流体环境中将聚苯乙烯微球捕获并钉扎在三角形脊状微结构上的技术。由于流体动力学相互作用和非特异性粘附力的综合作用，发生捕获/钉扎。该方法允许以具有高度空间准确性的任意图案捕获和钉扎微球，这可以用于研究各种集体现象的基本原理以及诸如基于珠分离测定的生物传感器的应用。
2017-10-03 cond-mat.soft
Colloidal spirals in nematic liquid crystals
胶体粒子研究的核心实验工作之一是探索粒子的几何形状以及伴随的指向矢变形和周围缺陷之间的相互作用如何提供一种引导粒子自组装和控制粒子诱导缺陷结构的方法。在本工作中，我们设计、制造并分散了螺旋、双螺旋和三螺旋形状的低对称胶体粒子。这些螺旋形的颗粒，这是通过改变它们的表面官能化控制，以提供切向或垂直的边界条件下的手性分子排列，被发现诱导指向矢扭曲和缺陷配置与非手性或手征对称性。胶体粒子也表现出稳定和亚稳定的多取向状态的cross-host，与大量的董事配置具有奇异和孤立的非奇异拓扑缺陷伴随着他们，这可能会导致不寻常的形式的胶体自组装。我们的研究结果直接证明了粒子产生的导演配置的对称性可以进一步降低，或不，相比固体微夹杂物的低点群对称性，这取决于诱导缺陷的性质，同时满足拓扑约束。我们发现非手性胶体粒子可以引起弹性畸变的手征对称性破缺，这是由诱导的拓扑线缺陷和孤子的复杂三维缠绕驱动的。
2016-12-24 cond-mat.soft
Height Distribution and Orientation of Colloidal Dumbbells Near a Wall
几何约束强烈地影响微粒在液体环境中的行为。然而，到目前为止，非球形粒子行为接近限制边界，甚至简单的平面壁，仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们测量的高度分布和方向的胶体哑铃以上的墙壁通过数字同轴全息显微镜。我们发现，虽然较大的哑铃几乎平行于墙壁定向，但相同材料的较小哑铃却令人惊讶地以优选角度定向。通过考虑重力效应和静电粒子-壁相互作用，我们确定了作用在哑铃上的总高度相关力。我们的建模表明，在特定的高度，哑铃上的净力和扭矩同时低于热力和能量，分别，这使得观察到的取向是可能的。我们的研究结果突出了丰富的近壁动力学的非球形粒子，并可以进一步促进发展的定量框架任意形状的微粒动力学约束。
2020-12-22 cond-mat.soft
Probing roto-translational diffusion of small anisotropic colloidal particles with a bright-field microscope
软材料和生物材料通常由基本成分组成，在微观尺度上表现出不断的旋转平移运动。当颗粒尺寸变得小于显微镜分辨率时，用明场显微镜跟踪这种运动变得越来越具有挑战性，这是经常遇到的情况。在这里，我们展示了平方梯度微分动态显微镜（SG-DDM）作为一种工具，成功地使用明场显微镜提取小的各向异性胶体颗粒的旋转平移动力学，其旋转运动不能准确地跟踪在直接空间。我们提供了分析的理由和实验证明的方法，成功地应用于花生状颗粒的水悬浮液。
2021-03-29 cond-mat.soft physics.app-ph
Controlling Porosity in Supraparticles Composed of Colloidal Rods and Spheres
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）；Auburn University（奥本大学）
通过模拟研究棒状和球形胶体颗粒在液滴干燥过程中组装成超颗粒，选择性移除一种颗粒后形成多孔结构，发现剩余颗粒形成连通网络，孔隙率受颗粒尺寸和形状影响。
2026-06-16 cond-mat.soft
Cell-Scale Dynamic Modeling of Membrane Interactions with Arbitrarily Shaped Particles
本文提出一个基于力的计算框架，用于模拟任意形状颗粒与脂质囊泡在细胞尺度下的动态相互作用，通过朗之万动力学和两种粘附方案，揭示了质量比对包裹行为的影响，并展示了多种几何形状的适用性。
2025-08-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bistable colloidal orientation near a charged surface
在特定方向上取向的各向异性颗粒可以充当人造原子和分子，并且它们的受控组装可以导致各种各样的有序结构。为此，我们展示了不带电的花生形聚苯乙烯胶体的取向转变，悬浮在非离子非质子极性溶剂，附近的平面，其电位是静态的或随时间变化的。带电表面涂有绝缘介电层以抑制电流。几个取向状态之间的过渡，如随机，正常或平行取向相对于表面，检查两种不同的胶体尺寸在低频（$\sim 10-350$ kHz）或静态场，并在小电势。在时变（AC）场中，详细的相图在电位-频率平面指示粒子之间的过渡平行或垂直于表面的报告。接下来，我们提出了在静态（DC）场，其中没有电渗流或其他流动的方向切换的第一个研究。胶体的静电能和引力能之和为双稳态，这一理论解释了两种胶体状态之间的可逆变化。两种状态下的胶体数量取决于外部电势、颗粒和溶剂的渗透率、颗粒纵横比以及与电极的距离。
2022-08-03 cond-mat.soft
Pressure-Tunable Photonic Band Gaps in an Entropic Colloidal Crystal
采用金刚石结构的材料在原子和胶体系统中具有有用的特性，并且是在可能具有光子带隙的胶体中合成的流行目标。钻石结构的理想光子特性为可重构物质提供了一个有趣的机会：我们能否创造一种能够可逆地切换到钻石结构和从钻石结构切换的胶体晶体？从金刚石形成原子系统的高压转变中汲取灵感，我们设计了一个多面体形状的颗粒系统，该系统在小的压力变化时从金刚石转变为四金刚石衍生物。或者，可以通过原位改变颗粒的形状来触发转变。我们建议，过渡提供了一个可逆的重新配置过程的一个潜在的新的胶体材料，并绘制这种过渡和相行为的原子过渡，我们从中得到灵感之间的相似之处。
2018-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Chiral, Topological, and Knotted Colloids in Liquid Crystals
本文综述了液晶中手性、拓扑及纽结胶体粒子的研究，探讨了低对称性胶体表面诱导的拓扑指向矢场与缺陷，揭示了其相互作用产生的新物理行为，并展望了拓扑主导的自组装应用及数学拓扑学意义。
2024-10-11 cond-mat.soft
Monte Carlo simulation of binary mixtures of hard colloidal cuboids
我们进行了广泛的蒙特卡罗模拟，以调查的硬板状颗粒（HBP）的胶体悬浮液的相行为。虽然理论限制颗粒取向或忽略更高的顺序相建议存在一个稳定的双轴取向相，我们最近的单分散系统的模拟结果表明，这是不一定的情况下，即使是颗粒形状正好在长和扁球形几何形状之间，通常被称为自对偶形状。出于潜在的惊人的影响，将双轴排序到显示应用程序，我们扩展我们的调查，以bidisperse混合物的短和长的HBP和分析是否尺寸分散性可以进一步丰富的HBP的相行为，最终不稳定的位置有序相，从而有利于形成的双轴晶相。我们的研究结果不仅表明，双分散的混合物的自双形HBPs不能自组装成双轴向双相，但他们也表明，这些颗粒也不能形成单轴向双相。在单分散体系中也观察到这种令人惊讶的行为。此外，双分散HBP倾向于在共存的各向同性相和近晶相中相分离，或者在相对大的压力下，倾向于在主要为短HBP的近晶相和主要为长HBP的近晶相中相分离。我们的结论是，限制粒子取向的自由度或忽略位置有序（近晶，柱状和晶体）相的存在下，可以显着地改变HBPs的相行为和不切实际地扩大了双轴晶相的稳定区域。
2017-10-30 cond-mat.soft
Melting and Freezing Lines for a Mixture of Charged Colloidal Spheres with Spindle-Type Phase Diagram
我们已经测量的相行为的二元混合物的带电荷的胶体球的尺寸比为0.9和0.96的电荷比作为粒子数密度n和组合物p的函数。在彻底去离子条件下的水悬浮液形成的体心立方结构的所有组合物的固溶体。凝固线和熔化线作为组成的函数表现出相反的行为，并打开一个宽的，纺锤形的共存区域。缺乏更复杂的处理，我们在我们的混合物中的相互作用模型作为一个有效的单组分对能量占数加权有效电荷和屏蔽常数。使用这种描述，我们发现，在实验误差内的实验熔点的位置符合单分散，单组分汤川系统在几个理论方法预测的熔点的范围。我们进一步讨论，详细了解确切的相图形状，包括组成依赖的共存区的宽度将需要一个扩展的理论治疗。
2010-09-08 cond-mat.other cond-mat.soft
Shape and Interaction Decoupling for Colloidal Pre-Assembly
创建具有在一系列尺度上独立可控的结构的材料需要打破自然发生的层次结构。打破这些层次结构可以通过在组装期间将构建块属性与结构解耦来实现。在这里，我们展示了几何和相互作用去耦在预组装的胶体结构的立方体状颗粒与圆形的边缘。通过计算机模拟和实验，我们表明，在球形限制中压缩少量这样的立方体会导致具有高度可重复结构的簇，这些结构可以用作中尺度构建块，以形成下一级的结构层次。这些集群表明颗粒形状和集群结构之间的几何解耦;即，对于多达9个颗粒的集群，胶体超级球包始终像球体，尽管存在形状各向异性和小平面的类球形颗粒。我们证实，集群结构也是解耦的粒子间的相互作用，显示出相同的结构产生的非磁性和磁性胶体立方体与强偶极相互作用的球形限制。为了突出这些超级球簇的分层组装的潜力，我们证明，使用计算机模拟，六到九个粒子的簇可以自组装成高阶结构，不同于那些没有预组装的类似形状的粒子。这些结果证明了各向异性构建块的解耦，可以进一步用于分层材料开发。
2021-08-13 cond-mat.soft physics.app-ph
Mode-locking in a colloidal ring driven by power-modulated optical tweezers
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；National Central University（中央大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）
通过功率调制光镊在合成频率空间中实现胶体环的定向锁定，产生离散的速度平台和超晶格结构，为控制粒子簇输运提供新策略。
2026-06-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Differently Shaped Hard Body Colloids in Confinement: From passive to active particles
本文综述了近年来各向异性硬胶体粒子的理论研究进展。考虑的形状范围从棒和哑铃到圆形立方体，多面体和双轴粒子与任意形状。我们的重点是静态和动态的密度泛函理论和计算机模拟。我们描述了最近的结果的结构，动力学和相行为的散装和各种限制的几何形状，例如建立由两个平行的墙壁，减少系统的维数为两个维度。我们还包括最近的理论建模的活性粒子，这是自主驱动的一些内在的电机，并强调其迷人的非平衡动力学和集体行为。
2013-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical response of quasi-two-dimensional colloidal clusters under uniaxial tension
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Nankai University（南开大学）
通过实验、模拟和简化弹簧质量模型，研究了准二维胶体团簇在单轴拉伸下的弹性、塑性和软模式变形行为，并准确复现了应力-应变曲线。
2026-06-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A scalable method to model large suspensions of colloidal phoretic particles with arbitrary shapes
提出一种受边界元法启发、基于第二层公式与正则化核的可扩展框架，用于高效求解任意形状趋化胶体粒子大悬浮液的耦合Laplace-Stokes方程，以极低计算成本探索新物理现象。
2024-07-26 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Propulsion of bullet- and cup-shaped nano- and microparticles by traveling ultrasound waves
近年来，利用平面行波推进胶体颗粒的研究受到了越来越多的关注。经常研究的颗粒类型是子弹形和杯形纳米颗粒和微粒。基于声流模拟，本文研究了子弹形颗粒的推进如何取决于它们的长度和直径，其中杯形颗粒被包括作为对应于最小颗粒长度的限制情况。讨论了颗粒产生的流场结构，表明颗粒的推进强度随颗粒长度和直径的增大而增大。当改变直径时，我们还观察到推进力的符号变化。这项工作补充了以前的实验研究，这些研究只针对特定的纵横比，并且所提供的对粒子的推进力如何取决于其尺寸的理解将有助于选择最适合未来实验研究的粒子形状。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Dynamical heterogeneity in aging colloidal glasses of Laponite
玻璃由于其长的弛豫时间而表现为固体;然而这种缓慢响应的起源仍然是一个谜。增长的动态长度尺度，由于合作运动的粒子被认为是核心的理解这两个缓慢的动力学和刚性的出现。在这里，我们提供了实验证据的一个不断增长的动态异质性的长度尺度，随着等待时间的增加，在一个老化的胶态玻璃Laponite增加。的动态的异质性的签名如下从动态光散射测量中，我们研究了旋转和平移扩散的盘形颗粒的Laponite悬浮液。这些测量伴随着同时微观流变学和宏观流变学实验。我们发现，粒子的旋转扩散减慢速度比他们的平移运动。平移和取向自由度的这种解耦发现其起源于动态异质性，因为旋转和平移探测样品中的不同长度尺度。宏观流变学实验表明，低频剪切粘度的增加速度比旋转和平移扩散弛豫时间快得多。
2012-03-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anisotropic electrostatic screening of charged colloids in nematic solvents
各向异性带电胶体的物理行为由其材料介电各向异性决定，影响胶体自组装，生物功能甚至失衡行为。然而，人们对各向异性静电屏蔽知之甚少，而静电屏蔽是这种软材料或生物材料中所有静电有效相互作用的基础。在这项工作中，我们证明了各向异性的静电屏蔽带电胶体粒子在电解质中。我们表明，材料的各向异性行为显着不同的粒子各向异性：静电势和对相互作用衰减与各向异性德拜屏蔽长度，对比各向同性电解质的恒定屏蔽长度。在一个实验模型系统中，电荷的饺子形近球形胶体粒子在介质中被用来探索各向异性屏蔽的影响，展示竞争的各向异性弹性和静电有效对相互作用的胶体表面电荷可调从中性到高，产生粒子分离的亚稳态。总的来说，我们的工作有助于理解各向异性介质中的静电屏蔽。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Self-assembly of Freely-rotating Polydisperse Cuboids: Unveiling the Boundaries of the Biaxial Nematic Phase
胶体立方体具有自组装成双轴液晶相的潜力，其表现出两个独立的光轴。在过去的几十年里，一些理论工作预测存在一个广泛的区域的相图中的双轴晶相将是稳定的，但施加了相当强的约束粒子的旋转自由度。在这项工作中，我们采用分子模拟来研究尺寸分散性对自由旋转的硬长方体的相行为的影响，这里建模为自对偶形状的纳米板。这种特殊的各向异性，正好在扁长和长扁长几何形状之间，已被提出作为最合适的促进相双轴性。我们观察到，尺寸分散性从根本上改变了单分散系统的相行为，并导致形成难以捉摸的双轴晶相，被发现在一个大的区域的包装分数与多分散性相图。虽然我们的研究结果证实了在过去的实验观察报告的倾向，胶体分散体稍长针铁矿颗粒，他们不能重现直接各向同性到双轴向相变在这些实验中观察到的。
2020-03-22 cond-mat.soft
Properties of the Broad-Range Nematic Phase of a Laterally Linked H-Shaped Liquid Crystal Dimer
为了寻找新型的液晶材料，合成了一种横向连接的H型液晶二聚体。该材料的独特特征是具有非常宽的温度范围（约50 ℃）的α-相，这与其他报道的主要显示近晶相的H-二聚体形成对比。该材料在纳米尺度（存在近晶簇）和宏观尺度下表现出有趣的纹理特征。也就是说，在一定温度下，材料的平坦样品显示畴壁的出现。这些畴壁是由表面锚定过渡和具有不同倾斜指向矢的分离区域引起的。高于和低于这个转变温度的材料代表一个单轴向的结晶，在平面样品和样品的缺陷与胶体夹杂物，自由悬浮液滴，X-射线衍射和透射电子显微镜的研究证实。
2014-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Using the Discrete Dipole Approximation and Holographic Microscopy to Measure Rotational Dynamics of Non-spherical Colloidal Particles
我们提出了一种新的，高速的技术来跟踪非球形胶体颗粒的三维平移和旋转。我们捕获的数字全息图的微米级的二氧化硅棒和亚微米级的Janus粒子在水中自由扩散，然后拟合数值散射模型的基础上的离散偶极子近似测量的全息图。这种逆散射方法使我们能够提取粒子的位置和方向作为时间的函数，以及静态参数，包括大小，形状和折射率。两种颗粒的最佳拟合尺寸和折射率与预期值吻合良好。该技术能够以35 nm的精度跟踪棒的质心，并以1.5 $^\circ$的精度跟踪其取向，与非球形颗粒上的其他3D扩散测量的精度相当或更好。此外，所测得的平移和旋转扩散系数的二氧化硅棒同意流体动力学预测的spherocylinder在0.3%以内。我们还表明，虽然Janus粒子只有弱的光学不对称性，该技术可以跟踪他们的二维平移和方位角旋转超过几微米的景深，产生独立的测量的有效流体动力学半径，同意在0.2%。这些测量的内部和外部一致性验证了该技术。由于离散偶极子近似可以模拟散射从任意形状的颗粒，我们的技术可以用于一系列的应用，包括粒子跟踪，微观流变学，胶体自组装或微生物运动的基础研究。
2015-12-27 cond-mat.soft physics.optics
Brownian Dynamics of Fully Confined Suspensions of Rigid Particles Without Green's Functions
我们引入了一个刚体波动浸没边界（RB-FIB）方法进行大规模的布朗动力学模拟的刚性粒子的悬浮液在完全封闭的域，而不需要显式地构建格林函数或迁移率运营商。在RB-FIB方法中，离散化的波动Stokes方程求解与规定的边界条件结合刚体浸没边界法离散任意形状的胶体颗粒与无滑移或主动滑移规定在其表面上。我们设计了一个专门的Split-Euler-Maruyama时间积分器，它使用随机有限差分的组合来捕获过阻尼Langevin方程中出现的随机漂移。在这项工作中提出的RB-FIB方法只解决流动性问题，在每个时间步使用预处理的迭代求解器，并具有计算复杂性，线性缩放的粒子和流体网格单元的数量。我们证明了RB-FIB方法正确地再现了Gibbs-Boltzmann平衡分布，并使用该方法来检查的时间关联函数的两个球体紧密限制在一个长方体。我们模拟了一个准-二维胶体晶体限制在一个狭窄的微通道和流体动力学驱动整个相称的周期性基板电位模仿波纹壁的效果。我们观察到部分和全部脱钉的胶体单层从衬底电位高于一定的壁速度，符合从静态到动态摩擦通过传播扭结孤子的过渡。出乎意料的是，我们发现最接近域边界的粒子首先被移位，其次是域中间的粒子。
2019-01-18 cond-mat.soft
Disentangling the Effects of Curvature and Misorientation on the Shrinkage Behavior of Loop-Shaped Grain Boundaries
本文通过二维胶体晶体实验研究环形晶界收缩，发现剪切耦合随取向差增大而减弱并归因于位错湮灭驱动的滑移，同时揭示晶粒尺寸相关的收缩动力学转变，为多晶粗化机制提供新认识。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
STL-to-Stokeslet Computation of Mobility Tensors and Sedimentation Dynamics for Shaped Particles
Emory University（埃默里大学）；Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
该研究提出一种基于STL文件高效计算粒子运动张量和沉降动力学的方法，通过离散化粒子表面为斯托克斯量，验证了其在不同质心位置下的运动影响。
2026-02-25 cond-mat.soft
Topological colloids
胶体在自然界中丰富，在科学和技术中也有越来越重要的应用，从直接探测晶体和玻璃中的动力学到制造第三代量子点太阳能电池。由于天然存在的胶体具有通常由界面张力最小化（例如，在相分离期间）或多面晶体生长确定的形状，因此它们的表面倾向于具有最小面积球形或拓扑等效形状，例如棱柱和不规则晶粒（所有连续可变形-同胚-为球形）。虽然环形DNA凝聚物和具有不同数量手柄的囊泡可以存在，并且软物质缺陷可以形成为环和结，但是颗粒拓扑结构在胶体系统中的作用仍然未被探索。在这里，我们制造和研究不同数量的手柄和属g范围从1到5的胶体颗粒。当被引入到一种由棒状分子组成的液体中时，这种液体会自发地沿着所谓的“指向矢”排列，这些粒子会诱导出三维指向矢场和由胶体拓扑结构决定的拓扑缺陷。而电场，光热熔化和激光镊子引起的粒子诱导结构的配置之间的转换，三维非线性光学成像显示，拓扑电荷是保守的，粒子诱导的缺陷的总电荷总是服从预测的高斯-邦纳和庞加莱-霍普夫指数定理。这使我们能够建立和实验测试的程序分配和求和的拓扑电荷在三维导演领域。我们的发现为胶体和液晶的新应用奠定了基础，这些应用从拓扑存储设备到新型自组装，再到低维拓扑的实验研究。
2016-12-27 cond-mat.soft
Three dimensional complex plasma structures in a combined radio frequency and direct current discharge
我们报告的第一个详细的分析大的三维（3D）复杂的等离子体结构的实验中进行的纯射频和射频+直流放电模式。电感耦合等离子体（ICP）是由一个射频线圈在0.3毫巴的压力下缠绕在垂直放置的圆柱形玻璃管。此外，直流等离子体可以通过在远离射频线圈的管端的电极上施加电压来产生。注入的单分散颗粒悬浮在线圈下方的等离子体中。使用扫描激光片和高分辨率相机来确定约$10^5$颗粒的3D位置。所观察到的碗状粒子云揭示了各种结构的共存，包括良好区分的固体状，不太有序的液体状，和明显的弦状相。提出了识别弦状结构的新准则。
2013-04-03 cond-mat.soft physics.plasm-ph
New kind of dodecagonal quasicrystal
我们报道了一种新颖的十二方准晶，到目前为止从未被观察到，也没有理论预测。它由轴向堆叠的六边形颗粒层组成，具有由相邻层相对于彼此旋转30度引起的12重旋转对称性。准晶是在一个分子动力学模拟的单组分质点系相互作用，通过球对称势，作为一个结果的一级相变从液相下恒密度冷却。这一发现意味着，类似结构的准晶体可能会产生的介晶的种类，产生近晶-B晶体和球形胶体颗粒与适当的调整电位的系统。
2015-04-15 cond-mat.soft
Microstructural diversity, nucleation paths and phase behaviour in binary mixtures of charged colloidal spheres
我们研究低盐，二元水悬浮液的带电胶体球的尺寸比Φ = 0.57，数密度低于共晶数密度n_E，和数分数p = 1.00-0.40。由均匀剪切熔体凝固获得的典型相是体心立方结构的替代合金。在严格气密的小瓶中，多晶固体在长时间内对熔化和进一步相变是稳定的。为了比较，我们也准备了相同的样品，缓慢和机械不受干扰的商业狭缝细胞去离子。这些细胞的特点是一个复杂的，但良好的再现性序列的全球和局部梯度的盐浓度，数密度和组成诱导连续去离子，电泳运输和差异沉降的组件，分别。此外，它们提供了适合β相非均质成核的扩展底表面。我们给出了一个详细的定性表征的结晶过程中使用成像和光学显微镜。与体样品相比，在狭缝单元中的初始合金形成不是体积填充的，并且我们现在还观察到具有低溶解度的奇数组分的α和β相。除了最初的均匀成核路线，梯度的相互作用打开了各种进一步的结晶和转化途径，导致微观结构的巨大多样性。在随后的盐浓度增加时，晶体再次熔化。基于壁的卵石状β相晶体和多面α晶体最后熔化。我们的观察结果表明，在体实验中形成的替代合金均匀成核和随后的增长是机械稳定的情况下，固-液界面，但结晶亚稳。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembly of "Mickey Mouse" shaped colloids into tube-like structures: experiments and simulations
通过实验和计算机模拟研究了三角形各向异性片状粒子的自组装。胶体颗粒在两步种子乳液聚合过程中合成，并且由以$\sim$ 90 $^{\circ}$的角度连接到两个粗糙叶的中心光滑叶组成，类似于“米老鼠”头的形状。由于重叠体积的差异，添加适当的洗脱剂仅在胶体的光滑叶之间诱导吸引相互作用，而两个粗糙叶充当空间约束。“米老鼠”颗粒的基本上平面的几何形状是哑铃形片状颗粒的第一几何偏差。这种新的几何形状预计将形成一维管状结构，而不是球形，基本上是零维胶束。在足够强的吸引力下，我们确实发现了管状结构，其核心是粘性叶，而非粘性叶则是空间约束，将生长限制在一个方向上，从而在实验和模拟中提供了具有明确直径但长度可变的管。在模拟中，我们发现管状碎片的内部结构可以是直的，也可以扭曲成所谓的Bernal螺旋。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orientation-dependent propulsion of cone-shaped nano- and microparticles by a traveling ultrasound wave
以前的研究超声推进的纳米和微粒只考虑系统中的颗粒取向是垂直于超声波的传播方向。然而，在这些颗粒的未来应用中，它们通常还能够获得其他取向。因此，使用直接声流体模拟，我们在这里研究如何推进锥形纳米和微粒，这是已知的具有特别有效的声学推进，因此有前途的候选人为未来的应用，取决于它们的方向相对于超声波的传播方向。我们的研究结果表明，粒子的推进力强烈依赖于它们相对于波传播方向的取向，并且粒子倾向于垂直于波的方向。我们还提出了粒子的取向平均平移和角速度，这对应于粒子的有效推进各向同性暴露于超声。我们的研究结果允许评估自由超声推进的胶体颗粒如何在三个空间维度上移动，从而构成了实现这种颗粒未来应用的重要一步。
2022-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Immersed boundary method for dynamic simulation of polarizable colloids of arbitrary shape in explicit ion electrolytes
提出一种GPU加速的谱精度particle-mesh-Ewald浸入边界方法，模拟显式离子电解质中任意形状可极化胶体的极化、受力与动力学。
2024-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Optothermal Revolution: Colloids in an Optical Ring Trap
本研究实验发现环形光学照明下胶体二聚体和三聚体在光热相互作用下产生定向旋转，揭示了通过光场强度调控其动力学的机制，为理解生物群体协调运动提供了模型。
2024-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Elastic displacements and viscous flows in wedge-shaped geometries with a straight edge: Green's functions for perpendicular forces
本文求解了楔形几何中直边附近弹性固体位移与黏性流体流动的格林函数，针对垂直力情形补充了平行力解，共同构成通解，适用于胶体、微游泳器及弹性材料致动等场景。
2025-06-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Acoustic propulsion of nano- and microcones: dependence on the viscosity of the surrounding fluid
本文研究了超声波作用下锥形胶体颗粒的声推进力与颗粒周围流体粘度的关系。使用声流体计算机模拟，我们发现，这种纳米和微锥的推进强烈下降，甚至改变增加剪切粘度的迹象。相比之下，我们发现只有一个弱的依赖性的体积粘度的推进。所得结果与前人的理论和实验研究结果一致。
2022-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Formation of a Columnar Liquid Crystal in a Simple One-Component System of Particles
我们报告的分子动力学模拟表明，柱状液晶，通常由盘状分子形成，可以形成相同的粒子通过球对称势相互作用。当从低密度各向同性液态等容冷却时，模拟系统进行弱的一级相变，其产生由在垂直于柱轴的平面中以六边形图案排列的平行颗粒柱组成的液晶相。柱内的颗粒形成液体结构，并表现出显着的柱内扩散。进一步冷却导致另一个一阶转变，由此柱结构在三维中变得周期性有序，将液晶相转变为晶体。该结果是在简单的单组分质点系中首次观察到液晶形成。它的概念意义在于，它证明了迄今为止仅在不等轴分子系统中产生的液晶也可以由具有适当调整的原子间势的介观软物质和球形颗粒的胶体系统形成。
2015-03-18 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
Collective behavior of "flexicles"
提出由柔性囊泡包裹自推进棒状胶体构成的三维可变形“flexicle”模型，并通过模拟揭示碰撞变形、运动诱导相分离与类组织自发流动。
2024-10-24 cond-mat.soft
Biaxial Nematics of Hard Cuboids in an External Field
我们研究了在外场作用下板状颗粒的胶体悬浮液的相行为，并评估了仍有争议的双轴向液晶（N $_\text{B}$）液晶相的出现。外场促进了初始各向同性（I）或单轴取向（N $_\text{U}$）相的重排和N $_\text{B}$相的形成。特别地，非常弱的场强足以在自对偶形状处引发直接I-N $_\text{B}$或N $_\text{U}$ -N $_\text{B}$相变，其中长球形和扁球形粒子几何形状融合成一个。相比之下，在任何其他几何形状下形成N $_\text{B}$相需要更强的场，因此降低了相变的能量效率。我们的模拟结果表明，具有适度各向异性的自对偶形状的板状粒子能够形成N $_\text{B}$液晶的影响下，一个令人惊讶的弱外部刺激，并建议一条路径，利用低能量单轴到双轴顺序切换。
2018-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
A Precise Packing Sequence for Self-Assembled Convex Structures
分子模拟的自组装的锥形粒子与特定的，有吸引力的相互作用进行。在从随机初始条件冷却时，我们发现锥体自组装成簇，并且由特定数量的锥体（例如4 - 17、20、27、32、42）组成的簇具有独特且精确堆积的结构，该结构在锥角范围内是稳健的。这些精确的簇在特定的簇尺寸下形成一系列结构-精确的堆积序列-对于小尺寸来说，与在蒸发驱动的胶体球组装中观察到的相同。我们进一步表明，这一序列是复制和扩展的模拟两个简单的模型领域自组装从随机初始条件受到一定的凸性约束。该序列含有六种体内获得的最常见的病毒衣壳结构，包括大的手性簇，和一个可能对应于体内获得的几种非二十面体球形病毒衣壳结构的簇。我们的研究结果表明，这种精确的包装序列的自由能最小化凸约束的结果，适用于广泛的装配过程。
2006-08-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
