Drift instability in the motion of a fluid droplet with a chemically reactive surface driven by Marangoni flow
从理论上推导了Marangoni流驱动下自推进液滴的振幅方程。当表面张力梯度驱动的平流增强时，静止状态变得不稳定，液滴开始移动。液滴的速度由振幅方程中的三次非线性项确定。得到的临界点和特征速度得到了数值模拟的支持。
2012-06-16 cond-mat.soft
Spontaneous motion and deformation of a self-propelled droplet
推导了化学反应驱动自推进液滴的时间演化运动方程和形状。化学反应与运动的耦合作用使得浓度分布不均匀，周围的流动也不均匀，从而导致定态的不稳定。不稳定性导致自发运动，通过自发运动，液滴的形状从球形变形。我们发现，自推进液滴是细长的垂直于运动的方向，其特征在于作为一个推动器。
2014-01-23 cond-mat.soft nlin.PS
Fibrotaxis: gradient-free, spontaneous and controllable droplet motion on soft solids
本研究提出纤维趋性机制，利用各向异性纤维增强材料实现无梯度、可控的液滴运输，为自清洁表面、水收集和医学诊断提供新途径。
2024-08-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spontaneous order in ensembles of rotating magnetic droplets
对旋转场中细长磁液滴系综进行了实验研究。在给定的场强和频率范围内，液滴形成具有三角形顺序的旋转结构-旋转晶体。一个模型来描述合奏的几个液滴，考虑到旋转液滴之间的流体动力学相互作用的存在下的旋转合奏的固体壁。一个很好的协议与实验观察到的周期性动力学系综的四个液滴。在旋转期间，细长磁性液滴的尖端彼此靠近。推导出一个表达式，考虑到液滴尖端上的磁荷之间的库仑力，给出了这种液滴之间的磁相互作用。
2019-09-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spontaneous division and motility in active nematic droplets
本文研究了被各向同性牛顿流体包围的具有内部有序性的活性液滴的力学行为。使用数值模拟，我们表明，由于积极的压力和缺陷的几何形状的pronunciator之间的相互作用，该系统表现出两个活细胞的基本功能：自发分裂和运动，通过自生流体动力学流动。这些行为可以选择性地激活通过控制一个单一的物理参数，即，一个活跃的变量的毛细管数。
2013-10-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Periodic Droplet Formation in Chemically Patterned Microchannels
模拟结果表明，当相分离的二元AB流体被驱动流过微通道中的化学图案化基底时，流体表现出独特的形态不稳定性。对于所研究的图案，这些不稳定性引起同时的、周期性的A中B和B中A的单分散液滴的形成。系统在时间无关行为和结构特征中的不同类型的规则的非衰减振荡之间分叉。即使在没有流体动力学相互作用的情况下也观察到令人惊讶的复杂行为，并且该行为是由流体流和图案化基底之间的相互作用引起的，这将非线性引入动力学系统。
2003-05-12 cond-mat.soft
Oscillation patterns in active emulsion networks
我们研究了油包水乳液液滴，运行Belousov-Zhabotinsky反应，形成一种新型的活性物质单元。通过分散在油介质中的表面活性剂稳定的这些液滴能够内部化学振荡，并且由于化学反应导致的动态界面不稳定性而能够自推进。化学振荡可以通过在液滴之间形成表面活性剂双层的精确条件下跨液滴交换活化剂和抑制剂类型的反应中间体来耦合。在这里，我们提出了这样的化学振荡器的网络的同步行为，并表明所产生的动态依赖于网络拓扑结构。此外，我们证明了液滴的运动可以与液滴内的化学振荡同步，从而在未来的活性物质研究中产生令人兴奋的可能性。
2012-06-13 cond-mat.soft
Roughness gradient induced spontaneous motion of droplets on hydrophobic surfaces: A lattice Boltzmann study
通过三维格子Boltzmann模拟研究了液滴动力学上的柱密度的逐步变化的效果。对于相同的柱密度梯度，但不同的柱排列，在梯度区的运动以及完全逮捕观察。在移动的情况下，液滴速度与纹理梯度近似线性地成比例。提供了一个简单的模型，再现所观察到的线性行为。该模型还预测了液滴速度对表面张力的线性依赖关系。这一预测是明确证实，通过我们的计算机模拟范围广泛的表面张力。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Motility and pair-wise interactions of chemically active droplets in 1-D confinement
本文实验研究方形毛细管中自推进 5CB 液滴的一维个体与成对运动，揭示 PEO、甘油等改变 Péclet 数时，约束诱导的化学场变化如何影响运动及追逐、散射等相互作用。
2024-01-20 cond-mat.soft
How Droplets Move on Surfaces with Directional Chemical Heterogeneities
液滴粘附到表面的性质是一个长期悬而未决的科学问题。随着复杂表面的演变，这些力的量化和预测变得复杂。然而，理解这些力对于解释自然界中的液体输运和建立人造界面的设计准则是高度相关的。在这里，它表明，液滴的粘附是高度敏感的化学不均匀性的方向性。具有亲水三角形贴片和超疏水周围的不对称双亲表面施加方向依赖性粘附。这种依赖性是量化的弯曲梁实验，其中一个液滴被拖在表面上的两个相反的方向。此外，从液滴滚落实验得出的力计算揭示了一致的趋势。纵横比越低，两个方向之间的粘附力的差异越大。两亲性表面上的流体接触线的形状阐明了方向依赖性粘附的起源。即，与相反方向相比，当朝向顶点移动时，液滴后退部分钉扎到更多数量的斑块。当三角形贴片更细长时，这种不对称性被抵消。这些发现提高了对液滴粘附到两亲性表面的理解，特别是具有润湿不均匀性的表面。
2021-10-13 cond-mat.soft
Multiple droplets on a conical fiber: formation, motion, and droplet mergers
由于毛细作用，细长锥形纤维上的小液滴自发地沿着纤维移动。液滴运动取决于圆锥体的几何形状、表面润湿性、表面张力、粘度和液滴尺寸。在这里，我们研究与实验和数值模拟，形成，自发运动，并最终合并，多个液滴在细长的锥形纤维，因为它们相互作用。在锥形光纤上浸涂后，液滴尺寸和液滴间距由Plateau-Rayleigh不稳定性控制。一旦这些液滴在纤维上形成，它们就会自发地开始移动。由于不同尺寸的液滴以不同的速度移动，它们通过在纤维上合并而有效地使液滴图案化粗糙化。液滴合并过程局部地影响液滴速度并且改变在光纤上的时空膜沉积。
2021-10-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Size Effect on Reaction Rate of Surface Nanodroplets
在许多两相化学反应中，小液滴内的区室化试剂有希望用于高效转化和简化程序。在这项工作中，表面纳米液滴（即，其最大高度小于100 nm）来定量地理解尺寸对液滴的化学反应速率的影响。在我们的系统中，纯或二元纳米液滴中的表面活性反应物与本体流中的反应物反应。同时，从液滴表面除去产物。通过分析作为时间函数的横向尺寸来表征纳米液滴的收缩率，其中液滴尺寸仅由在给定流动条件下用于输送反应物和产物的化学反应速率确定。结果表明，随着液滴横向半径R的减小，整个动力学过程迅速增大，dR/dt ~ R^（-2）。较小液滴中产物浓度的更快增加有助于加速反应动力学。当液滴内部存在非反应性化合物而不降低液滴表面上的反应物和产物的浓度时，进一步证实了小液滴尺寸的反应速率的增强。我们的研究结果提高了对液滴化学动力学的理解。我们的研究结果突出了小液滴在广泛应用中设计和控制增强化学反应的有效性。
2021-06-23 cond-mat.soft
Emergence of Order in Chemically Active Droplets: Temporal Dynamics and Collective Behavior
本研究以4-氰基-4-戊基联苯（5CB）油滴为对象，探究其在不同佩克莱特数（$Pe$）下的集体行为，揭示了液滴在高低$Pe$区间的运动模式与结构变化，为理解活性物质自组织及设计复杂流体受控运动策略提供了新见解。
2025-02-10 cond-mat.soft
Controlling biomolecular condensates via chemical reactions
本研究通过非平衡热力学模型，结合过渡态理论，揭示化学修饰反应可控制生物分子凝聚体的尺寸与数量，提出酶定位驱动反应不平衡的调控机制。
2021-03-04 cond-mat.soft
Ultrafast Spontaneous Motion of Nanodroplets
使液滴在固体表面上自发移动是芯片实验室和热交换器技术的关键挑战。最著名的机制，润湿性梯度，通常不能足够快地移动液滴，并且不能驱动小于临界尺寸的液滴。在这里，我们报告如何曲率梯度是特别有效的加速小液滴，并适用于亲水性和疏水性表面。实验表明，在亚毫米范围内的曲率半径的锥形表面上的水滴的最大速度为0.28米/秒，两个数量级高于通过润湿性梯度获得。我们表明，施加在液滴上的力的尺度作为表面曲率梯度。利用分子动力学模拟，我们观察到纳米级液滴自发运动超过100米/秒的锥形表面。
2012-05-28 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Effects of chemical and geometric micro-structures on crystallization of surface droplets during solvent exchange
在这项工作中，我们研究从微图案化表面上形成的液滴结晶。通过微室中的溶剂交换，由模型化合物β-丙氨酸、水和异丙醇组成的三元溶液被异丙醇流置换。在此过程中，形成并结晶出油液滴。我们的研究结果表明，微图案化表面上的晶体的形状和大小可以简单地介导的溶剂交换的流动条件。改变流速、浓度或通道高度导致形成具有微孔、晶体连接网络或小菱形晶体的薄膜。表面上粗糙的微观结构允许晶体容易从表面脱离。除了油析结晶，我们证明了溶解在液滴中的另一种溶质的晶体形成可以通过溶剂交换来触发。在较快的流速下，溶剂交换过程后的晶体纤维的长度较短。本研究可提供进一步的了解，以有效地获得结晶从表面液滴通过溶剂交换的方法。
2021-04-15 cond-mat.soft
Capillary origami: spontaneous wrapping of a droplet with an elastic sheet
弹性和毛细作用之间的相互作用用于通过由平面片材包裹液滴来产生三维结构。最终封装的3D形状通过调整平膜的初始几何形状来控制。一个2D模型显示了开放的片材封闭的结构的演变，并预测一个临界长度尺度低于封装不能发生，这是实验验证。发现该{ \it弹性毛细管长度}取决于作为$h^{3/2}$的厚度，这是一种有利于小型化的缩放，这表明了一种大规模生产3D微米或纳米级物体的新方法。
2006-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spontaneous rotation of active droplets in two and three dimensions
本研究通过数值模拟和线性稳定性分析，揭示了二维和三维活性向列液滴中由活性驱动的自发旋转现象，并阐明了其缺陷机制及与实验的定量吻合。
2023-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamical Model for Chemically Driven Running Droplets
我们提出了耦合的演化方程的液体膜的厚度和密度的吸附层上的部分润湿的固体基板。其中，假设在液滴下面的化学反应，该化学反应在基板上引起润湿性梯度并提供液滴运动的驱动力，来研究运行的液滴。描述了两种不同的运动液滴制度--反应限制制度和饱和制度。它们分别对应于随着反应速率和液滴尺寸的增加而增加和减少的速度。这两种机制的存在为先前的实验观察提供了一个自然的解释。
2004-05-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Rotational motion of a droplet induced by interfacial tension
在二维系统中分析了Marangoni流诱导液滴的自发旋转。被认为是液滴的小颗粒，它提供了界面处的表面活性剂。我们用Stokes方程计算了液滴周围的流场，发现对流非线性会破坏旋转的对称性。理论计算表明，当液滴半径为适当大小时，液滴会自发旋转。通过与实验结果的比较，验证了理论分析的正确性.
2013-01-10 cond-mat.soft nlin.PS
Role of hydrodynamic flows in chemically driven droplet division
我们研究了化学活性液滴的流体动力学和形状变化。在非球形液滴中，表面张力产生将液滴驱动成球形的流体动力学流动。在这里，我们表明，保持远离热力学平衡的化学反应的球形液滴可能不会保持球形，但可以经历形状不稳定，这可能导致自发的液滴分裂。在这种情况下，化学活性对抗表面张力和张力诱导的流体动力学流动。通过结合相分离动力学和化学反应动力学的低雷诺数流体动力学，我们确定的球形液滴的无量纲粘度和反应参数的函数的稳定性图。我们确定了形状变化和分裂过程中液滴内外的浓度场和流场。我们的工作表明，流体动力学流动趋于稳定的球形形状，但液滴分裂发生足够强的化学驱动，足够大的液滴粘度或足够小的表面张力。活性液滴可以为能够增殖的前生物原始细胞提供简单的模型。我们的工作捕获了在化学活性胶体液滴中可以观察到的液滴分裂的关键流体动力学。
2018-11-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Spontaneous motion of a passive fluid droplet in an active microchannel
本文通过数值模拟研究了被动液滴在覆盖活性凝胶的微通道中的自发运动，揭示了单侧与双侧活性层对速度场对称性及液滴形变的影响，并证明锚定条件可调控自发流动结构，为新型微流控器件设计提供依据。
2023-08-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Growth and Division of Active Droplets: A Model for Protocells
有人提出，在生命起源的早期阶段，小液滴可能是通过相分离从复杂混合物中分离分子而形成的。这些液滴可能提供了化学反应中心。然而，这些液滴是否可以分裂和传播尚不清楚。在这里，我们研究系统中的液滴的行为，保持远离热力学平衡的外部能源供应。在这些系统中，液滴通过添加化学反应产生的液滴材料而生长。令人惊讶的是，我们发现，化学驱动的液滴生长可以导致形状不稳定，触发液滴分裂成两个较小的女儿。因此，化学活性液滴可以表现出类似于活细胞增殖的生长和分裂周期。分离活性液滴可以作为益生元原始细胞的模型，其中液滴中的化学反应发挥益生元代谢的作用。
2016-03-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Interfacial Partitioning Enhances Microextractionby Multicomponent Nanodroplets
灵敏且可靠的液滴内化学分析受益于分析物到液滴中的增强的分配。这项工作，我们将表明，表面纳米液滴中的化学反应可以将分析物的分区从高度稀释的溶液转移到液滴中。七种类型的有机酸的分配系数（LgP）范围从-0.7至1.87被用作模型分析物溶解在油溶液中，从流中提取到固定在基板上的水性纳米液滴。液滴中萃取反应的时间尺度用液滴脱色时间表示。结果表明，与待测物在本体液体中的分配系数相比，待测物的有效分配系数可降低3 ~ 11倍。提出显著移位的分区背后的原理是增强分析物跨液滴表面的转移。液滴中的化学反应增强了分析物从高度稀释的溶液中的分配。我们的研究结果表明，分析物的界面行为可能是有利的，因为它可以改善萃取和分配。这种增强的提取可以用于使用反应性液滴的灵敏化学检测。
2021-09-30 cond-mat.soft
Fluctuating chemically active droplets
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；DAMTP, Centre for Mathematical Sciences, University of Cambridge（剑桥大学数学科学中心 DAMTP）
本文通过薄界面模型与随机噪声结合，定量研究了化学活性液滴的尺寸波动，并发现控制尺寸的活性反应会抑制成核。
2026-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
We the Droplets: A Constitutional Approach to Active and Self-Propelled Emulsions
活性物质，特别是活性乳液的领域正在迅速发展，最近在理论和实验方面都取得了重大进展。本文综述了与主动液滴相关的实验研究进展。活性液滴的构成，特别是界面的化学成分和结构，是关键的。我们讨论了如何乳液性能，如运动机制，速度，轨迹，相互作用强度和寿命与液滴组成。我们不仅考虑了传统的单一乳液，而且考虑了更复杂的变体，如Janus液滴，Pickering乳液和多重乳液。描述了孤立液滴的主动行为以及液滴之间的成对和多体相互作用。物理屏障的影响，形状的局部化学梯度和流体流动也突出显示。本文综述了主动液滴研究的过去、现在和未来的实验研究方向。
2022-05-04 cond-mat.soft
Spontaneous symmetry breaking in active droplets provides a generic route to motility
我们探讨了一个通用的机制，即一滴活性物质获得运动的自发击穿的离散对称。我们研究的模型提供了“细胞提取物”的简单表示，例如，一滴肌动球蛋白溶液。(Such提取物在实验上用于模拟细胞骨架）。肌动球蛋白是一种活性凝胶，其极性描述了肌动蛋白纤维排列的平均方向。在没有聚合和解聚过程（“研磨”）的情况下，凝胶的动力学仅来自肌球蛋白马达的收缩运动;当极性反转时，这应该是不变的。我们的研究结果表明，能动性可以出现在没有的研磨，极性反转对称性的自发对称性破缺（SSB）。将我们的模型调整到二维的壁结合细胞，我们发现随着壁摩擦的减少，研磨诱导的运动性下降，但SSB介导的运动性上升。因此，后者在摩擦力可能不大的三维空间中可能至关重要。在超细胞水平上，相同的通用机制可以赋予运动性的聚集体的非运动，但活跃的细菌，我们表明，SSB在这种情况下（可扩展）导致一般旋转以及平移运动。
2012-11-20 cond-mat.soft q-bio.SC
Self-propelled motion of a fluid droplet under chemical reaction
我们研究了由于Marangoni效应和二元流体中的化学反应而导致的液滴自推进动力学，该二元流体具有影响液滴界面能的稀释的第三组分的化学产物。在界面无限薄的情况下，导出了液滴质心的迁移速度方程。我们发现，通过改变Marangoni效应的强度，液滴从静止状态到传播状态会发生分岔。
2012-03-03 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Effective simulations of interacting active droplets
液滴形成细胞中生物分子时空组织的基石。这些液滴是使用化学反应和施加梯度等物理过程控制的，使用传统方法（如求解Cahn-Hilliard方程）模拟这些过程的成本很高。为了克服这一挑战，我们在这里提出了一种替代的，有效的方法。主要思想是关注相关的自由度，如液滴位置和大小。我们推导出这些数量的动力学方程，使用简化的情况下的解析解。我们验证了我们的方法对完全解决的模拟，并表明它可以描述相互作用的液滴的化学反应和外部梯度的影响下，使用传统方法的计算成本的一小部分。我们的方法可以扩展到未来的其他过程，因此将作为了解细胞中液滴动力学的相关平台。
2022-06-22 cond-mat.soft
Size control guidelines for chemically active droplets
本文提出了一种通过化学反应控制液滴尺寸的理论框架，揭示了两种不同类别的尺寸控制机制，并确定了液滴变小的参数范围。
2025-12-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Motion of nanodroplets near chemical heterogeneities
我们研究了纳米级液滴在化学步骤附近的动力学，该化学步骤将具有不同润湿性的基板的部分分开。由于长程分散力，位于台阶一侧的纳米液滴即使在距离台阶一定距离处也会感知到另一侧的不同特性，从而导致动态响应。这种液滴的随后运动的方向不仅取决于这两个部分上的平衡接触角之间的差，而且特别取决于相应的Hamaker常数之间的差。因此，运动不一定指向更靠近的一侧，并且也可以与跨越台阶的液滴的运动不同。
2007-06-04 cond-mat.soft
Spontaneous translation of charged droplets during evaporation on dry surfaces
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
研究干燥聚合物基底上水滴蒸发时电荷演化，发现电荷在蒸发初期保持恒定，在液滴达到小体积状态后突然下降，伴随自发平移而非喷射或分裂，归因于接触线钉扎与脱钉机制。
2026-06-09 cond-mat.soft physics.app-ph
Orientational instability and spontaneous rotation of active nematic droplets
在实验中，浸没在大量表面活性剂溶液中的单个化学活性液晶（LC）液滴可以沿着直线、螺旋形或随机轨迹自推进。在本文中，我们开发了一个极小模型捕捉所有三种类型的自推进轨迹的情况下，垂直锚定在LC-流体界面上的液滴的ACLC。我们模拟由一个单一的首选的极化矢量是两个重定向机制，即内部流动引起的位移的刺猬缺陷和液滴的旋转的主题的下降内的导演字段。在此降阶模型中，液滴的表面活性剂传输和表面活性剂的有序化之间的耦合由液滴的界面性质随表面活性剂极化的变化来表示。我们的分析表明，一种新的模式的取向不稳定性出现从两个重定向机制的竞争，其特征在于由一个自发旋转的螺旋状的自推进轨迹负责的自推进下降。反过来，我们还表明，随机轨迹在各向同性和dropdrops都源于对流驱动的过渡到混沌。不同的推进模式的继承是一致的实验报告的液滴轨迹的形状的转变，作为液滴的大小是不同的。
2019-09-07 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Bidirectional Motion of Droplets on Gradient Liquid Infused Surfaces
我们证明了自发的双向运动的液滴在液体注入的表面上的存在下的地形梯度，其中液滴可以移动到更密集或更稀疏的固体部分区域。我们的分析理论解释了这种双向运动的起源。此外，使用格子玻尔兹曼模拟和实验，我们表明，决定运动方向的关键因素是固体表面上的液滴和润滑油膜上的润湿性差异。示出了液滴和润滑剂的各种组合以及不同形式的地形梯度的双向运动。
2020-04-22 cond-mat.soft
Excitability and oscillations of active droplets
本文构建仅含两种独立化学成分、由燃料周转驱动的非平衡最小模型，揭示单个活性液滴的叉式分岔、兴奋性及形成—溶解自持振荡机制。
2025-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nucleation of chemically active droplets
本研究通过数值模拟和平衡态替代模型，揭示驱动化学反应通过提高有效能垒来抑制液滴成核，并构建相图定量预测成核延迟，对理解生物细胞和化学工程中的活性液滴具有重要意义。
2022-12-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Droplet-Induced Budding Transitions of Membranes
最近的实验仿生膜暴露于几个水相的动机，我们从理论上研究的形态与通过水相分离形成的液滴接触的膜。我们集中研究自发曲率可以忽略不计的膜。在小液滴体积下，弯曲能量占主导地位，并且液滴仅部分地被膜包裹。在大体积下，这种配置可能变得不稳定，并经历到液滴（几乎）完全被膜包裹的状态的不连续转变。一个形态图，示出的参数区域，其中发生这种出芽过渡，被构造为膜张力和固有的接触角的液体与膜的函数。定性地讨论了自发曲率的影响。
2011-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Instabilities, motion and deformation of active fluid droplets
我们考虑两个极小模型的主动流体液滴，表现出复杂的动力学，包括稳态运动，变形，旋转和振荡运动。首先，我们考虑一个液滴与浓度的积极收缩的物质吸附到其边界。我们分析预测活动驱动的浓度分布的不稳定性，并将它们与我们从模拟中发现的动态进行比较。其次，我们考虑一个液滴的活性极性流体的恒定浓度。在这个系统中，我们预测，运动和变形的液滴在一定的活动范围内，由于在偏振场的不稳定性。这两个系统都表现出自发转变为运动和变形，这类似于动物细胞中细胞骨架的动力学。
2016-12-17 cond-mat.soft
Chemically active droplets
本讲义介绍化学活性液滴的基础理论，围绕相分离动力学、过渡态理论及二者结合形成活性液滴三大主题展开，结合生物分子凝聚体背景探讨两类活性液滴及反应-扩散系统的长程作用机制。
2024-07-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.ed-ph
Heterogeneous Nucleation and Growth of Sessile Chemically Active Droplets
本研究通过连续场论和数值模拟，发现化学反应抑制液滴成核而吸引性壁增强成核，二者耦合导致偏离球形帽的形态，对理解细胞及化学工程应用有重要意义。
2024-03-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Chemically Active Nanodroplets in a Multi-Component Fluid
我们介绍了一个模型的化学活性粒子的多组分流体，可以改变他们与其他粒子的相互作用，这取决于他们的状态。由于这种相互作用的转换只能通过化学能的输入来维持，因此该系统本质上是非平衡的。这些系统聚焦于平衡相互作用将导致冷凝成液滴的场景，尽管相互作用规则相对简单，但这些系统显示出大量有趣和新颖的行为，如液滴尺寸的振荡和分子分选，并提高了在纳米尺度上时空控制化学反应的可能性
2019-04-29 cond-mat.soft
Size dependent motion of nanodroplets on chemical steps
化学结构化基底上的纳米液滴在分离的压力诱导力的作用下移动。对它们的详细分析表明，即使在没有有效界面电势的长范围横向变化的情况下，由于它们的小尺寸纳米液滴在距衬底的所有距离处不采样分离压力的事实已经可以导致液滴朝向衬底的较小的部分（即，在与基于宏观润湿性考虑所预期的方向相反的方向上。
2008-05-05 cond-mat.soft
The intertwined physics of active chemical reactions and phase separation
相分离是热力学过程，解释了液滴如何在多组分流体中形成。这些液滴可以提供受控的隔室以局部化化学反应，并且反应也可以影响液滴的动力学。这篇评论的重点是紧密的相互作用之间的相分离和化学反应源于热力学约束。特别地，简单的质量作用动力学不能描述化学反应，因为相分离需要非理想流体。相反，热力学意味着被动化学反应降低了相图的复杂性，并且对系统的行为仅提供有限的控制。然而，使用外部能量输入来产生空间通量的驱动化学反应可以绕过热力学约束。这种活性系统可以抑制典型的液滴粗化，控制液滴尺寸，并定位液滴。这篇综述为描述相分离系统中的活性化学反应提供了一个可扩展的框架，这为改善技术应用中的控制和理解生物细胞中的自组织结构奠定了基础。
2022-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-propulsion of chemically-active droplets
微观活性液滴能够在粘性流中自主游动：这种令人困惑的特征源于溶质通过表面反应或其自发溶解与周围流体的交换，以及由这些溶质梯度产生的界面流。与不对称活性胶体相反，这些各向同性液滴通过利用溶质输运与自生Marangoni流的非线性耦合自发地游泳，这也是向更复杂的个体和集体动力学的二次过渡的原因。由于其简单的设计和对物理化学信号的敏感性，它们是迷人的物理学家，化学家，生物学家和流体动力学家，分析活性物质系统中的粘性自推进和集体动力学，开发合成细胞模型或执行目标生物医学或工程应用。我在这里回顾了这个快速发展的领域的最新和重要的发展，专注于这些intringinging液滴的数学和物理建模，连同其实验设计和表征。
2022-04-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interface dynamics under nonequilibrium conditions: from a self-propelled droplet to dynamic pattern evolution
本文主要根据我们最近的研究结果，描述了非平衡条件下接触线的不稳定性。给出了两个实验实例：液滴的自推进运动和自发动态斑图形成。对于液滴的自推进运动，我们介绍了一个实验，其中苯胺液滴坐在水层自发地在空气-水界面移动。马兰哥尼驱动的扩散的自发对称性破缺导致规则运动。在圆形培养皿中，液滴呈现直线运动或圆周运动。另一方面，我们显示了一个动态的脱湿的亚稳薄膜从空气-水界面所造成的图案的出现。有机相和水相的接触线形成了一个独特的时空模式，其特征在于动态的水凝胶。接触线的运动由扩散过程控制。我们提出了一个理论模型来解释所观察到的动态行为的基本方面。
2012-08-22 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Spatiotemporal characterization of emergent behavior of self-propelled oil droplet
本研究通过实验和数值方法分析了水表面活性剂溶液中油滴的类生命自发运动行为，利用数据驱动的非参数动力系统分析揭示了其低维和非线性特征，并证明二维 Langevin 方程能有效重现实验观察结果，为弥合非生命与生命行为之间的差距提供了模型途径。
2024-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Alignment and scattering of colliding active droplets
活性液滴在其表面释放化学溶质，改变其局部界面张力。他们利用溶质的对流输运的非线性耦合产生的Marangoni流自我推进。这种游泳液滴本质上是抗趋化性的，并且被它们自己的化学尾迹或它们的邻居排斥。反弹动力学导致成对液滴相互作用最近进行了详细分析，纯粹的头上碰撞使用一个特定的双球面的方法。在这里，我们扩展了这种分析，并提出了一个简化的模型，一个通用的碰撞来验证倾斜液滴碰撞的对齐和散射特性及其对集体液滴动力学的潜在影响。当液滴直接相互作用时，对于对称碰撞观察到液滴的轨迹的系统对准，并且在碰撞期间液滴的化学尾流的有限时间重排引起。对于更一般的碰撞，观察到复杂和多样的动力学制度，无论是液滴直接相互作用或通过其化学尾流，导致显着的散射。
2020-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Chemotactic self-caging in active emulsions
本研究以自驱动液滴为化学活性粒子模型，通过实验与模拟定量分析液滴间化学排斥信号的交流机制，揭示活性乳液中由负自趋化性引发的瞬态自笼动力学阻滞现象，为相关集体动力学研究提供新见解与预测原理。
2022-03-07 cond-mat.soft
Physicochemical Hydrodynamics of Droplets out of Equilibrium: A Perspective Review
水滴在自然界和科技中比比皆是。一般来说，它们是多组分的，并且当不平衡时，具有浓度梯度，这意味着流动和质量传输。此外，可以发生相变，伴随着蒸发、固化、溶解或新相的成核。液滴及其周围的液体可以是二元的、三元的，或者包含甚至更多的组分，并且具有几种甚至在不同的相中。在过去的二十年中，实验和数值流体动力学技术的快速发展使我们对这种液滴的物理化学流体动力学的理解取得了重大进展，进一步缩小了从流体动力学到化学工程和胶体与界面科学的差距，并达到了对远离平衡的多组分和多相液滴系统的定量理解，并旨在实现实验与理论或数值之间的一对一比较。这篇评论将讨论远离平衡的液滴系统的物理化学流体动力学的各种例子和我们目前对它们的理解。这些包括浓度梯度中的不混溶液滴、不同液体的液滴的聚结、从化学反应（包括作为微泳者的液滴）和诸如蒸发、固化、溶解或成核的相变中出现的浓度梯度中的液滴，以及三元液体中的液滴，包括溶剂交换、纳米沉淀和所谓的乌佐效应。我们还将讨论许多重要应用，包括化学分析和诊断，微量分析，制药，合成化学和生物学，化学和环境工程，石油和修复工业，喷墨打印，微和纳米材料，和纳米技术等液滴系统的物理化学流体动力学的相关性。
2020-05-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-propelled running droplets on solid substrates driven by chemical reactions
我们研究化学驱动运行液滴在部分润湿的固体基底上的液滴的厚度分布和吸附层的密度分布的耦合演化方程。两个模型介绍了相应的两个定性不同类型的实验中所描述的文献。在这两种情况下，液滴下方的吸附或解吸反应在基板上引起润湿性梯度，并为液滴运动提供驱动力。不同之处在于液滴后面的基底的行为。在情况I中，基底不可逆地改变，而在情况II中，其恢复，允许周期性液滴运动（只要整个系统远离平衡）。这两种模型允许液滴运动的非饱和和饱和状态，取决于粘性和反应时间尺度的比率。与模型I相比，模型II允许以高反应速率和沿基底的零扩散的坐滴。从运行到坐滴在模型II中的过渡发生通过超或亚临界漂移干草叉分叉，并可能是强烈的滞后意味着一个共存区域的运行和坐滴。
2006-11-17 cond-mat.soft nlin.PS physics.chem-ph
Collisions and rebounds of chemically-active droplets
活性液滴游动是由于它们消耗或释放的化学物质的分布与它们的非均匀表面分布所产生的马兰戈尼流的非线性平流耦合的结果。大多数现有的模型集中在无界流体中的单个液滴的自推进上，当扩散足够慢时（即，超过临界Péclet数，$\mbox{Pe}_c$），这会出现。尽管它的实验相关性，耦合动力学的多个液滴和/或碰撞的墙壁仍然大多未被探索。采用一种基于移动拟合双球面网格的新方法，求解了化学溶质和流场的全耦合非线性动力学，详细描述了活性液滴与刚性壁面（或与第二液滴）的轴对称碰撞。动力学是惊人的不同取决于对流扩散传输比，$\mbox{Pe}$：接近自推进阈值（中度$\mbox{Pe}$），回弹动力学由化学相互作用设定，并且通过渐近分析很好地捕获;相反，对于较大的$\mbox{Pe}$，流体动力学和化学效应的复杂和非线性组合设定详细的动力学，包括更接近壁和在液滴反弹后不久的速度平台。回弹特性，即最小距离和持续时间，最后根据$\mbox{Pe}$完全表征。
2019-12-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Phase diagram morphology shapes droplet propulsion in chemical gradients
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for Theoretical Physics, University of Göttingen（哥廷根大学理论物理研究所）
本文通过薄界面近似推导液滴速度表达式，揭示液滴在化学梯度中向低稳定性区域（相图临界点附近）移动的普遍机制，为设计液滴运动提供新途径。
2026-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Accelerated Formation of H2 Nanobubbles from a Surface Nanodroplet Reaction
液滴内化学反应的区室化具有低成本、减少试剂消耗和增加通量的优点。小液滴中的反应也被证明可以大大加快许多化学反应的速度。在这项工作中，从纳米液滴反应的纳米气泡的加速生长速率证明。来自纳米液滴表面处的反应的气态产物促进多个有机液体纳米液滴内的氢纳米气泡的成核。纳米气泡被限制在液滴内，并在液滴周边选择性地生长和塌陷，如通过具有高空间和时间分辨率的显微镜观察到的。气泡的生长速率在小液滴内显著加快，并与液滴半径成反比。加速归因于液滴体积的限制和表面积对用于气体产生的界面化学反应的影响。这项研究的结果提供了进一步的理解，在液滴增强生产的纳米气泡和按需释放氢气的应用。
2020-07-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Control of encounter kinetics by chemically active droplets
本文通过构建化学活性液滴的微观随机模型并结合布朗动力学模拟，揭示了化学驱动力通过表面动力学调控双分子反应速率，证明生物分子凝聚体既可加速也可减速分子相遇，为理解其作为细胞内反应动力学调节器提供了关键见解。
2025-05-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
