Segregation of polymers under cylindrical confinement: Effects of polymer topology and crowding
本文用Monte Carlo计算机模拟方法研究了两种聚合物在圆柱形约束下的分凝行为。使用多重直方图方法，测量聚合物的构象自由能F作为质量中心分离距离λ的函数。我们研究了自由能函数的缩放与聚合物的长度，长度和直径的限制圆柱体，聚合物的拓扑结构（即线性与环状聚合物），和移动拥挤剂的包装分数和大小。在没有拥挤的情况下，观察到的F（λ）的标度与使用de~Gennes blob模型和近似的简单模型预测的相似，该模型采用管中重叠链的自由能等于每个在半横截面积的管中的两个孤立链的自由能。模拟被用来测试后一种近似，并显示，它产生差的定量预测。这与一般的有限尺寸效应一起，可能导致F（λ）的标度指数的预测值和测量值之间的差异。对于在拥挤剂存在下的偏析，自由能垒通常随着拥挤填充分数的增加而降低，从而降低了驱动偏析的熵力。然而，对于固定的包装分数，障碍增加的拥挤/单体尺寸比降低。
2018-05-23 cond-mat.soft
CO2 packing polymorphism under confinement in cylindrical nanopores
我们使用分子动力学和回火metadaptics的刚性模型的二氧化碳的相行为的圆柱形纳米限制的影响。为了这个目的，我们研究了一个简化的孔隙模型在一个参数空间，包括孔径，CO2孔壁电位和CO2密度。为了系统地确定有序事件内的孔模型，我们设计了一个普遍适用的方法的基础上分析的分子间取向的分布。我们的模拟表明，虽然限制在纳米孔抑制已知的晶体结构的形成，它诱导了显着的各种有序包装无关的散装同行，并有利于建立在流体相中的短程秩序。我们总结了我们的研究结果，提出了一个定性的相图，这个模型。
2017-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Inherent Structure Landscape of Hard Spheres Confined to Narrow Cylindrical Channels
固有的结构景观系统的硬球局限于一个硬的圆柱形通道，使球体只能接触他们的第一个和第二个邻居，研究使用的分析模型，扩展以前的结果[物理学评论快报。115，025702（2015）]，以提供在一定范围的填料密度上的堵塞填料的全面图片。在该模型中，填料被描述为$k$螺旋部分的排列，由缺陷分离，具有交替的螺旋扭曲方向，并且所有球体满足局部干扰约束。每个螺旋部分的结构由单个螺旋扭转角确定，并且通过使每个颗粒的通道长度相对于$k$螺旋部分角最小化来获得堵塞填料。一个小系统的$N=20$领域的分析表明，盆地的固有结构景观与这些螺旋排列分裂成许多不同的堵塞状态，分离的低障碍，产生一定程度的层次组织。该模型准确地预测使用Lubachevsky和Stillinger压缩方案（$N=10^4$）产生的填料的几何性质，并提供洞察螺旋段长度的概率分布的性质。
2021-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense Packing of Tetrahedra in Cylinders
University of Michigan（密歇根大学）；Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）
本研究首次系统研究圆柱体内四面体的密堆积，通过数值模拟与解析理论结合，将最密构型分为手性螺旋与非手性二聚体链，并揭示Boerdijk-Coxeter螺旋源于圆柱约束，且在临界直径处存在对称性破缺分岔。
2026-09-23 cond-mat.soft
Modes of wall induced granular crystallisation in vibrational packing
颗粒结晶是颗粒物质在振动作用下形成有序堆积结构的重要现象。然而，与原子尺度上成熟的结晶原理相比，颗粒物质中的结晶仍然相对知之甚少。为了进一步研究这种行为，并桥接颗粒物质和材料科学领域，我们模拟了限制在圆柱形容器中的单分散球体，以研究它们在振动过程中的结构动力学。通过施加适当的振动，诱导无序到有序的转变。通过键取向序参量在颗粒尺度上表征这种转变。其结果是，紧急结晶是由个别粒子的局部秩序和有序粒子的数量的增强。观察到的非均质结晶的特点是通过粗粒化的顺序指数的空间分布的演变。结晶制度外延生长的模板附近形成的容器壁在振动过程中，这里称为壁效应。通过改变圆柱形容器的几何尺寸，发现所获得的结晶结构在圆柱形壁区域和平面底壁区域处不同。再次使用这些序参量将形成的堆积结构与X射线断层扫描结果进行定量比较。这里的研究结果提供了一个微观的角度来发展的规律，在颗粒物质的结构动力学。
2018-05-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Formation of cylindrical shells via sphere packing from fluidized beds
Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP-Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学机械工程学院）；Laboratoire PIMM, CNRS, Arts et Métiers Institute of Technology, Cnam（国立工艺学院PIMM实验室）；Faculty of Physics, University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理系）
研究流化床中球体在垂直圆柱管道中的自发沉降，分析颗粒排列形成圆柱壳的稳定性及影响因素。
2026-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental evidence of thermal-like behaviour in dense granular suspensions
我们通过实验研究了一个二维颗粒系统的静态沉降模型的统计行为。浮力圆柱形颗粒在充满液体的鼓中旋转，从而被限制在具有可调曲率的谐波向心势中，其与重力竞争以产生各种静止状态：虽然是异质的，但系统的填充分数可以被调节为随着旋转速率的增加而完全分散到完全结晶。我们表明，这个动力学系统是在机械平衡的限制潜力，并表现出热的行为，其中的颗粒压力和包装分数通过状态方程。我们得到一个半解析表达式的状态方程允许探测粒子之间的流体动力学相互作用的性质。这种描述是有效的，在整个范围内的物理参数，我们调查，并揭示了一个浮力的能量尺度，我们解释为一个有效的温度。最后，我们讨论了我们的系统在高包装分数和状态方程的相关性的液-固相变的行为。
2018-07-30 cond-mat.soft
Thermodynamics, structure and dynamics of cylindrically confined hard spheres: The role of excess helical twist
该研究通过分子动力学模拟揭示圆柱形受限硬球流体的热力学、结构与动力学由拓扑缺陷主导，还探究了过量螺旋扭转诱导的拓扑保护态特征及其起源。
2024-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Packing3D.jl: An open-source analytical framework for computing packing density and mixing indices using partial spherical volumes
Packing3D.jl 是一个开源 Julia 软件包，通过解析计算球体与笛卡尔及圆柱网格的部分体积交叠，提供连续、可复现的堆积密度场和混合指数，解决了传统颗粒计数方法在单元边界处的不连续性问题，并在高性能和低内存占用下实现精确测量。
2025-09-18 cond-mat.soft math-ph math.MP
A hybrid helical structure of hard sphere packing from sequential deposition
圆柱形限制中的等尺寸硬球的混合螺旋结构被发现为最近开发的顺序沉积方法的“副产品”[Physical Review E 84，050302（R）（2011）]，用于构建这种系统的离散可能的填充。与传统的三螺旋结构不同，在传统的三螺旋结构中，其三股球体被密集地堆积以形成紧密堆积的、相互接触的球体的三元组，在这种新颖的螺旋相中，其三股球体中只有两股以这种密集排列方式堆积，并且整体结构类似于单螺旋和双螺旋的混合体。这篇文章解释了如何通过上述顺序沉积球体来构建这种以前未知的结构，其中包括操纵几个球体的位置以创建沉积过程的模板。研究结果表明，它是可以发现新的结构，通过改变模板内的几个球的配置，这种方法依赖于一个敏感的依赖性的沉积生成的结构上的模板。
2013-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interfacial free energy of a hard-sphere fluid in contact with curved hard surfaces
用分子动力学模拟计算了硬球流体与硬球和硬柱胶体颗粒之间的界面自由能γ，它是颗粒半径R和流体填充率η= ρσ^3/6的函数，其中ρ和σ分别是硬球的数密度和直径。这些结果验证了积分几何中的Hadwiger定理，该定理预言在一定的限制条件下，表面上流体的γ应该是平均曲率和高斯表面曲率的线性组合，该定理在球面和柱面的计算精度范围内是有效的，η约为0.42。此外，该系统的γ的早期结果[Bryk等人，物理评论E，68，031602（2003）]使用基于几何学的经典密度泛函理论的计算结果与Hadwiger定理有效的范围内的填充分数的当前模拟结果非常一致。然而，当η大于约0.42时，γ（R）显示出与Hadwiger形式的显著偏差，表明其用于高密度硬球流体的局限性。使用这项研究的结果与Hadwiger定理允许一个，在原则上，以确定$γ$任何足够光滑的表面浸入硬球流体。
2012-09-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bending rigidity and higher order curvature terms for the hard-sphere fluid near a curved wall
在这项工作中，我推导出的曲率依赖的流体基底表面张力的硬球流体硬曲壁的解析表达式。在第一步中，曲率热力学性质被发现作为截断的功率系列在活动中的已知的第二和第三阶集群积分的硬球流体附近的球形和圆柱形壁。然后将这些结果表示为填充率幂级数，并将其转换到不同的参考区域，这相当于考虑了不同的分割面位置。所得级数展开式均为严格结果。基于截断级数，证明了系统的抗弯刚度是非零的，曲率中也存在高阶项。在第二步中，近似的解析表达式的表面张力，托尔曼长度，弯曲刚度和高斯刚度作为包装分数的函数被发现，通过考虑已知项的系列扩展补充一个简单的拟合方法。结果表明，所得到的公式准确地描述了系统的曲率热力学性质，而且比以前发表的任何一个公式都要精确。
2013-11-20 cond-mat.soft
Packings of 3D stars: Stability and structure
我们描述了一系列的实验，涉及创建星形颗粒的圆柱形填料，并探索这些填料的稳定性。这些星星涵盖了广泛的手臂尺寸和摩擦特性。我们进行了三种不同类型的实验，所有这些实验都涉及通过将恒星粒子一个接一个地注入空心圆柱体中来制备的柱。作为方案的附加部分，我们有时在移除限制圆柱体之前振动柱。我们用r来评价稳定性，r是堆倒塌时从堆上脱落的颗粒质量与颗粒总质量的比率。第一个实验涉及的固有稳定性的桩时，限制圆筒被删除。第二类试验是在柱的顶部加一个均布荷载，然后确定柱的倒塌特性。第三个实验涉及测试桩的稳定性。我们找到了一个稳定性图，涉及桩高，h，与桩直径，三角洲，其中稳定和不稳定的制度是由一个边界，这是一个大致的幂律h与三角洲的指数小于1分开。增加摩擦和振动都倾向于稳定桩，而增加颗粒尺寸可以在某些条件下使系统不稳定。
2015-11-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft nlin.AO
Dimensional cross-over of hard parallel cylinders confined on cylindrical surfaces
我们推导出，从维度交叉标准，一个基本措施的密度泛函平行硬曲矩形移动的圆柱表面。我们推导出它的密度泛函的圆弧长度$σ$与位于半径$R_0$的外圆周上的质量中心。后者的功能反过来是从相应的2D功能的半径$R$的硬盘流体在一个平面上的质量中心限制在半径$R_0$的圆周上。因此，在该圆周上硬盘的两个质心之间最接近的曲线长度是$σ=2R_0\sin^{-1}(R/R_0)$，即圆弧的长度。从圆弧的密度泛函出发，通过对与圆周平面正交的空间维数进行维数展开，得到了边长为$σ$和$L$的曲线矩形的密度泛函.弯曲矩形的DF也可以通过将半径为$R$和长度为$L$的平行硬柱体的质心固定在半径为$R_0$的圆柱表面上来获得。对齐的弯曲矩形的流体的相行为是通过计算近晶相，柱状相和结晶相的自由能分支的不同值的比例$R_0/R$的范围$1<R_0/R\leq 4$ ;近晶相原来是最稳定的除了$R_0/R=4$的结晶相在一个小范围内的填充分数成为可重入。当$R_0/R<1$的过渡是不存在的，因为弯曲矩形的密度泛函减少到1D Percus功能。
2013-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chiral Packings in Cylinders are Ultrasensitive to Confinement Deformation
School of Physics and Key Laboratory of Functional Polymer Materials of Ministry of Education, Nankai University, and Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering（南开大学物理科学学院、教育部功能高分子材料重点实验室及化工协同创新中心）
研究椭圆柱体中的硬球密堆积，发现弱截面变形即可触发全新相，消除或复杂化手性结构，揭示了圆柱各向异性的显著效应。
2026-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Capillary-driven biaxial planar and homeotropic nematization of hard cylinders
本文用Parsons Lee修正的Onsagers第二维里理论，在限制取向近似下，分析了窄孔中硬圆柱形杆的相行为。根据壁与壁的分离，我们预测了许多不同的表面生成的双相，包括具有可变层数的双轴平面双相、单层垂面双相和混合T型结构。对于窄孔，我们发现两种类型的二阶单轴双轴转变的证据取决于颗粒的纵横比更具体地，我们观察到从n到层的连续交叉，每个层具有不同的平面锚定对称性以及从平面到垂面表面锚定的一阶转变。发生在低得多的总体杆填充分数
2022-07-03 cond-mat.soft
An orientationally ordered helical fluid phase in a quasi-one-dimensional system of confined hard spheres
我们使用了一系列的分子动力学模拟，和分析理论，证明了一个系统的硬球局限于一个狭窄的圆柱形通道表现出连续的相变从各向同性流体在低密度，在高密度的取向有序，但螺旋无序，螺旋流体。有序的流体相包含由拓扑缺陷分开的螺旋的小部分，所述拓扑缺陷改变扭曲的方向，从而改变局部chirailty。缺陷破坏了平移有序，但流体发展了长程取向有序。颗粒填料的分析表明，缺陷之间的长度分离控制的螺旋部分的几何特性，包括方向，和对缺陷经历一个弱的，但长范围的吸引力导致熵自由体积效应。这些集体长程相互作用克服了准一维跃迁的限制，即使粒子-粒子相互作用是短程的。
2014-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
