Sedimentation of strongly and weakly charged colloidal particles: Prediction of fractional density dependence
我们报告计算的减少沉降速度$U/U_{0}$在均匀的悬浮液中的强，弱电荷的胶体球作为一个功能的颗粒体积分数$ϕ$。对于低盐度的强电荷球的稀悬浮液，$U/U_{0}$很好地由具有分数指数$α=1/3$和参数$p\simeq 1.8$的参数形式$1-pϕ^α$表示，该参数基本上与宏离子电荷$Z$无关。这种非线性的体积分数依赖性可以定量地理解的有效硬球与$ϕ$依赖性的直径的模型。对于去离子溶剂中的弱电荷球，如果Petsev和Denkov给出的$α$的表达式[J.Colloid Interface Sci. 149，329（1992）]。我们进一步表明，该表达式的有效性范围仅限于非常小的值的$ϕ$和$Z$，这可能是不可访问的沉降实验。所提出的结果也可能适用于其他系统，如球形蛋白质或离子胶束。
1999-07-09 cond-mat.soft
The Role of Solid Friction in the Sedimentation of Strongly Attractive Colloidal Gels
我们从实验和理论上研究了由强聚集的胶体颗粒制成的凝胶的沉降，重点是当机械平衡渐近达到时的长时间行为。发现渐近凝胶高度随初始高度线性变化，这一发现与最近对类似凝胶的研究形成鲜明对比[Manley \textit{et al.} 2005 \textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{94} 218302]。我们表明，渐近压实的结果之间的平衡重力拉，网络弹性，和固体之间的摩擦凝胶和容器壁。基于这些成分，我们提出了一个简单的模型来解释高度损失对初始高度和体积分数的依赖性。作为我们的分析结果，我们表明，凝胶和容器壁之间的静摩擦系数强烈依赖于体积分数：体积分数越高，固体摩擦越弱。这种非直观的行为可以用简单的缩放参数来解释。
2006-10-05 cond-mat.soft
The Effects of Inter-particle Attractions on Colloidal Sedimentation
利用介观模拟技术研究了短程粒子间吸引力对胶体悬浮液稳态沉降的影响。吸引力增加的平均沉降速度$v_s$相比，纯硬球的情况下，并为足够强的吸引力，一个非单调依赖于包装分数$ϕ$的最大速度在中间$ϕ$观察。吸引力也强烈地增强流体动力学速度波动，其显示作为$ϕ$的函数的明显的最大尺寸。这些结果与流体力学和瞬态多粒子团簇的形成和破裂之间复杂的相互作用有关。
2009-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rotational averaging-out gravitational sedimentation of colloidal dispersions and phenomena
我们报告的胶体系统之间的差异离开地球的引力场和相同的系统，其中一个缓慢的连续旋转平均了颗粒沉降的影响，在一个距离尺度小的颗粒大小相比。几个系统的微米级胶体颗粒进行了研究：硬球流体，胶体相互作用通过远程静电排斥以上的冻结体积分数，带相反电荷的胶体系统接近凝胶化和/或结晶，胶体与竞争的短程耗尽吸引力和远程静电排斥，胶体偶极链，胶体金血小板的条件下，他们形成堆栈。在允许颗粒沉降的实验和沉降被平均的实验之间观察到结构形成的重要差异。例如，在胶体通过远程静电排斥相互作用的情况下，在重力的作用下，在整个悬浮液中观察到稀流体/稀晶体/致密流体/致密晶体相的不寻常序列，这与胶体相互作用的体积分数相关，而系统保持均匀结晶，旋转。对于带相反电荷的胶体，凝胶状结构被发现在重力的影响下崩溃，在沉淀物的顶部生长有一些结晶层，而当胶体沉淀被平均化时，凝胶完全转化为在整个样品中随机取向的微晶。旋转平均重力沉降是一种有效而廉价的方法来估计重力对胶体自组装过程的重要性。
2011-11-18 cond-mat.soft physics.space-ph
Sedimentation of a Colloidal Monolayer Down an Inclined Plane
本文研究了沿斜面沉积的胶体单分子层的受驱动集体动力学。平行于底壁的重力的作用在每个胶体周围产生流动，并且随着局部密度的增加，胶体之间的流体动力学相互作用加速沉积。这导致了一个普遍的“三角形”不均匀密度分布的创建，与一个旅行的密度激波在前沿移动在下坡方向。与由施加的扭矩而不是力驱动的胶体单层中的密度冲击不同[Phys. Rev. Fluids，2（9）：092301，2017]，沉降过程中的密度前沿在很长一段时间内保持稳定，即使它形成了数十个颗粒直径的粗糙度。通过实验测量和基于粒子的计算机模拟，我们发现，Burgers方程可以模拟沿沉积方向的密度分布作为时间的函数显着，与适度的改善，如果非线性守恒定律帐户的次线性依赖的集体沉降速度对密度。
2020-11-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The role of sample height in the stacking diagram of colloidal mixtures under gravity
体相分离是导致胶体混合物在沉降过程中出现不同层堆叠的原因。最近提出的理论（de las Heras and Schmidt 2013软物质9 8636）建立了体相行为和沉积-扩散-平衡之间的独特联系。该理论构建了一个堆叠图的所有可能的序列堆栈重力下的限制非常高（无限）的样品高度。在这里，我们研究了有限样品高度h下胶体混合物的堆积图。我们证明了h在胶体混合物的沉积扩散平衡中起着至关重要的作用。在堆积图中，给定的堆积序列所占据的区域取决于h。因此，具有不同高度但相同胶体浓度的两个样品可以形成不同的堆积序列。此外，不同高度的堆积图可以是定性不同的，因为一些堆积序列仅发生在样品高度的给定间隔中。我们使用的理论来研究堆积图的模型散装系统和混合物的补丁颗粒的数量或类型的补丁不同。
2016-09-30 cond-mat.soft
Effect of sample height and particle elongation in the sedimentation of colloidal rods
本文从理论上研究了引力场对不同长宽比杆的胶体悬浮液平衡行为的影响。系统的体相用解析状态方程描述。然后通过沉降路径理论将引力场结合起来，该理论假设样品在每个高度处的局部平衡条件。由于引力场的存在，体唯象学得到了极大的丰富。在一个悬浮的细长棒与五个稳定的阶段在散装，引力场稳定多达15个不同的堆叠序列。样品高度对稳定堆积顺序有重要影响。当在恒定的胶体浓度下增加样品高度时，不同体相的新层出现在顶部、底部或同时出现在顶部和底部。我们还研究了在质量多分散悬浮液中的沉降，其中所有杆具有相同的形状，但不同的浮力质量。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sedimentation of active colloidal suspensions
本文对重力场作用下活性胶体悬浮液的非平衡稳态进行了实验研究。活性粒子由化学动力胶体制成，在添加燃料（这里是过氧化氢）的情况下显示出自我推进。在专用的微流体装置中研究了活性悬浮液，该装置由可渗透的凝胶微结构制成。单个胶体的微观动力学和重力下的悬浮液的全球静止状态-密度分布，数量波动-用光学显微镜测量。这允许连接的沉降长度的个人自推进的动态，这表明在本稀释制度的活性胶体的行为作为“热”粒子。我们的工作是人工活性系统的非平衡性质的实验探索的第一步。
2010-04-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Fabrication of colloidal Laves phases via hard tetramers and hard spheres: bulk phase diagram and sedimentation behaviour
胶体光子晶体具有独特的光学性质，特别适合于在不同领域的应用。然而，目标结构的低填充分数通常在制造阶段构成真正的挑战。在这里，我们提出了一种新的路线，通过硬四聚体和硬球的二元混合物的胶体光子晶体。通过结合理论和计算机模拟，我们计算的相图以及混合物的堆积图，并表明，胶体类似物的MgCu 2 Laves相-这可以作为一个光子带隙结构的前体-是一个稳定的相位在一个大的区域的相图。我们的研究结果表明，流体和Laves相，这是潜在的实验访问之间的一个相对较大的共存区域。此外，我们确定建议的混合物的沉积行为，通过确定几个堆叠序列。我们的工作揭示了一个新的自组装路径，在可见光区的光子带隙结构。
2017-02-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sedimentation and Levitation of Catalytic Active Colloids
通过使固体微粒的密度与周围流体的密度相匹配，可以很容易地关闭胶体悬浮液中的重力效应。通过研究具有可调浮力的催化微游泳者的运动，我们表明，这种策略不能被采用的活性胶体悬浮液。如果平均浮力减小，由于游动速度与引力场反向对齐，观察到样品池顶壁处的明显积聚。即使当粒子到达平壁时，引力矩仍然决定准二维主动运动的性质。我们的研究结果突出了重力在活跃系统中的微妙作用。
2022-11-08 cond-mat.soft
Sedimentation stacking diagram of binary colloidal mixtures and bulk phases in the plane of chemical potentials
我们给出了一个最近提出的理论，该理论明确地将二元胶体混合物的体相图与重力下的相堆积现象联系起来[软物质9，8636（2013）]。正如我们所证明的，全套可能的相堆积序列在沉积扩散平衡起源于直线（沉积路径）的化学势表示的散装相图。通过对各种标准体相图拓扑结构的分析，我们发现相应的沉积堆积图可以非常丰富，当考虑到有限的样品高度时更是如此。我们应用该理论得到的堆积图的非吸附聚合物和胶体的混合物。我们还提出了一个目录中的化学势平面中的通用相图，以方便我们的概念，这也推广到多组分混合物的实际应用。
2014-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.class-ph
The interplay between hydrodynamic and Brownian fluctuations in sedimenting colloidal suspensions
我们应用混合分子动力学和介观模拟技术研究硬球粒子的稳态沉降的Peclet数（Pe）从0.08到12。流体动力回流导致平均沉降速度相对于斯托克斯速度的降低。我们发现这种效应与Pe数无关。速度波动显示了在短的相关时间内热波动的预期效果。在较长的时间，非平衡流体动力学波动是可见的，其特点似乎是独立的热波动。流体动力学的波动占主导地位的扩散行为，即使是温和的Pe数，而相反的短时间的波动占主导地位的热效应的一个令人惊讶的大Pe数。受最近实验的启发，我们还研究了水平平面狭缝中的有限沉降。在我们的模拟中，出现了不同的横向图案，与实验中的观察结果一致。
2007-10-19 cond-mat.soft
Transport properties of monodisperse and bidisperse hard-sphere colloidal suspensions from multiparticle collision dynamics simulations
Auburn University（奥本大学）
通过多粒子碰撞动力学模拟研究单分散和双分散硬球胶体悬浮液的输运性质，发现双分散体系在直径比为2和4时的沉降速度与文献一致，揭示了模拟方法对离散化效应的敏感性。
2026-02-26 cond-mat.soft
Orientational ordering of colloidal dispersions by application of time dependent external forces
我们提出了一种方法来组织胶体悬浮液的非相干运动，以产生同步的，相干的运动。这种方法利用了旋转响应随时间变化的强迫的一般特征，并且它不需要粒子之间的相互作用。我们报告了两种方法，通过时间依赖性，但空间均匀的强制实现取向对齐的合奏相同的胶体：a）分段恒定的力交替在两个方向和b）力均匀地绕轴旋转。强迫的物理起源可以是，例如，沉降或电泳。我们将通过分析运动方程和模拟来证明这些强制方法可以实现对准。我们找到保证对齐的条件，讨论这些方法的局限性，并提出可能的应用。这种强迫的例子包括电泳和沉降。
2013-04-09 cond-mat.soft
Sedimentation equilibrium and gravity dependent stiffness coefficients of colloidal hard-spheres
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Instituto de Química Física Blas Cabrera, CSIC（布拉斯卡布雷拉物理化学研究所，西班牙国家研究委员会）
研究胶体硬球晶体 - 熔体刚度系数差异问题，通过可调浮力质量的计算机模拟，发现长期差异源于重力相关贡献，揭示了刚度系数对外场依赖性的普遍结果。
2026-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Colloidal brazil nut effect in sediments of binary charged suspensions
利用计算机模拟和密度泛函理论计算了荷电二元胶体悬浮液的平衡沉降密度分布。对于去离子的样品，我们预测一个胶体的“巴西坚果”的效果：重的胶体颗粒沉积在上面的较轻的，只要他们的质量，每电荷小于较轻的。这种效应在沉降实验中得到了验证。
2004-01-02 cond-mat.soft
Non-equilibrium sedimentation of colloids on the particle scale
我们采用激光扫描共聚焦显微镜、动态密度泛函理论和布朗动力学计算机模拟研究了水平毛细管中硬球状胶体分散体的沉降过程。对于均匀化的初始状态，我们得到定量的一致性的结果从各自的方法的时间演化的单体密度分布和渗透压的墙壁上。我们证明，单粒子的信息可以在实验中获得的系统初始化进一步的平衡，使复杂的横向图案的形式。
2007-03-30 cond-mat.soft
Sedimentation of a two-dimensional colloidal mixture exhibiting liquid-liquid and gas-liquid phase separation: a dynamical density functional theory study
我们提出了动态密度泛函理论的结果的密度分布的时间演化的沉积模型的二维二元混合胶体。混合物的体相行为、其在限制壁处的界面性质和引力场之间的相互作用产生了丰富多样的平衡和非平衡形态。在流体状态下，该系统表现出液-液相分离和气-液相分离。随着系统的沉积，相分离显着影响的动态，我们探讨的情况下，最终状态是一个共存的三个不同的阶段。求解二维的动力学方程，我们发现在某些情况下，两种物质的最终密度分布具有不同于外部势的对称性，这可能是令人惊讶的，考虑到该理论的统计力学起源。文章最后对此进行了讨论。
2013-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Novel zone formation due to interplay between sedimentation and phase ordering
通常，我们认为大颗粒比小颗粒沉降得更快。与这种直觉相反，我们报告了沉降和相序之间的动态竞争，这导致较小的颗粒比较大的颗粒沉降得更快。我们访问这一现象使用悬浮液的聚合物和两个胶体物种，我们的图像与共聚焦显微镜。聚合物介导胶体之间的吸引力，导致相分离和结晶。我们发现，沉降，相分离和晶体成核之间的动力学相互作用的基础这一现象。此外，在一定条件下，我们发现了一个动力学途径，导致一个单组分晶体和二元流体的浮力相等的表观共存。这些研究结果可能是相关的沉积诱导带形成的自然和工业应用的基本认识。
2014-02-03 cond-mat.soft
Sedimentation profiles of systems with reentrant melting behavior
我们研究的沉降密度分布的星形聚合物溶液作为一个例子的胶体系统在沉降平衡，表现出重入熔融在他们的本体相图。在低于临界重力强度$α^{*}$的情况下，观察到流体和具有插层固体的流体之间的相变。在$α< α^{*}$的蒙特卡罗模拟中发生的密度分布中的两个流体-固体界面的特征与唯象理论框架中提出的标度律一致。此外，我们检测到的密度振荡在流体-气体界面在高海拔高引力场，这是验证了密度泛函理论，应该是可观察到的表面散射实验。
2001-01-26 cond-mat.soft
On the interplay between sedimentation and phase separation phenomena in two-dimensional colloidal fluids
被限制在界面上的胶体颗粒有效地形成了二维流体。我们研究了这种胶体的动力学，当它们受到恒定的外力，驱动它们在一个特定的方向上的表面。例如，当容器倾斜一个角度时，这种情况就发生在已经沉降到容器底部的胶体颗粒上，这样它们就"沉降"到表面的下边缘。我们特别关注的情况下，当有吸引力的胶体，使它们相分离成高密度和低密度的区域，我们研究这种相分离的沉降过程中的影响。我们模拟的胶体作为布朗粒子，并使用布朗动力学计算机模拟和动力学密度泛函理论（DDFT），以获得的整体平均单体密度分布的胶体的时间演化。我们考虑的情况下，外部电位只在一个方向上变化，使合奏平均密度分布只在这个方向上变化。我们在一维求解DDFT，假设密度分布只在一个方向上变化。然而，我们也解决了二维的DDFT，允许流体密度分布在$x$-和$y$-方向上变化。我们发现，在某些情况下，二维的DDFT是明显优于其一维对应相比，模拟，我们讨论了这个问题。
2010-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective sedimentation of colloids in grafted polymer layers
我们提出了蒙特卡罗模拟的胶体粒子拉到接枝聚合物层的外场。插入自由能的一个单一的胶体到聚合物层是定性不同的表面与有序和无序分布的接枝点。此外，胶体颗粒穿过接枝层的趋势强烈地依赖于尺寸。在致密的胶体悬浮液中，在足够强的外力的影响下，集体不稳定性允许胶体渗透并形成跨越聚合物层的内部有序的柱状结构。根据条件，这些胶体团簇可以是孤立的或横向扩散的。观察到的图案的形态可以通过外场控制，这为薄结构薄膜的设计开辟了新的途径。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The interplay of sedimentation and crystallization in hard-sphere suspensions
我们通过布朗动力学模拟研究了胶体硬球模型中沉降影响下的晶体成核。我们引入了两个作用于胶体流体的外场：一个是均匀的引力场（体积力），另一个是通过钉扎一层平衡粒子而施加的表面场（粗糙壁）。我们发现，晶体成核被抑制在附近的墙壁由于减慢的动力学，这种效果的空间范围是由静态长度尺度的键取向顺序。对于距离壁大于这个长度尺度的距离，成核速率通过沉降过程大大增强，因为它导致在底部附近更高的体积分数或更高的过冷度。成核阶段类似于均质情况，核平均为球形并且具有在空间中随机取向的晶面。相反，生长阶段受到引力场引入的对称性破缺的极大影响，密度梯度导致附着率减慢，这反过来又导致原子核横向生长得更快。我们的研究结果表明，晶体成核的增加，在较高的密度区域可能是硬球的晶体成核率的实验和模拟之间的巨大差异的原因，注意到在以前的实验中的重力效应是不可忽略的。
2013-07-02 cond-mat.soft
Gravity-induced phase phenomena in plate-rod colloidal mixtures
重力可以影响胶体悬浮液，因为对于微米大小的颗粒，重力和热能在几毫米的垂直长度尺度上可以是相当的。在混合物中，每种物质具有不同的浮力，这可能使实验结果违反直觉，难以解释。在这里，我们重新从理论的角度来看，标志性的沉积扩散平衡实验的胶体板棒混合物的范德Kooij和Lekkerkerker。我们重现了他们的发现，包括在一个试管中观察五种不同的中间相。使用沉降路径理论，我们将重力到一个微观理论的大部分板棒混合物。我们还展示了如何从沉降实验中解开重力的影响，以获得大量的行为，并作出预测，可以通过实验测试。这些包括通过改变样品高度来改变序列。我们证明，浮力质量比和样品高度形成控制参数来研究体相行为。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reentrant Network Formation in Patchy Colloidal Mixtures under Gravity
本文用蒙特卡罗模拟和Wertheim理论研究了二维片状胶体混合物的沉积-扩散-平衡。通过调整胶体的浮力质量，我们可以控制不同密度和渗流性质的流体堆叠的重力诱导序列。我们发现复杂的堆叠序列与多达四层和重入网络的形成，一致的模拟和理论上只使用散装相图作为输入。我们的理论适用于一般的片状胶体混合物，并与理解重力下的实验有关。
2016-02-12 cond-mat.soft
Coupling of sedimentation and liquid structure: influence on hard sphere nucleation
模拟和实验的硬球之间的成核率密度的差异仍然惊人的和无法解释的。建议，更强烈的沉淀胶体悬浮液的硬球成核速度比弱沉淀系统。在这项工作中，我们首先考虑的效果上的胶体硬球的结构，通过调整溶剂和胶体颗粒之间的密度失配的沉降。特别是，我们调查的程度上的五重对称存在的效果。其次，我们研究了这些实验系统中的密度波动的大小相比，模拟。通过为每个颗粒分配局部密度来测量密度波动，该局部密度与3.25个颗粒直径的距离内的颗粒数量有关。这些局部密度的标准偏差给出了系统中存在的波动的指示。当在我们的系统中诱导沉降时，五重对称性被抑制了两倍。与模拟相比，实验中的密度波动也增加了两倍。五重对称性的变化使预期的成核率不同，但我们证明，它最终是太小，以解决实验和模拟之间的差异，而波动被证明是一个人工制品的三维粒子跟踪。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Floating nematic phase in colloidal platelet-sphere mixtures
胶体分散体的相行为是有趣的基本原因和技术应用，如光子晶体和电子纸。沉淀，在日常生活中是相关的血液分析的保质期的油漆，是一种手段，以确定相边界，通过观察不同的层在样品中的沉淀扩散平衡。然而，解开的影响，由于粒子间的相互作用，这产生了大量的相图，从那些由于重力是一项复杂的任务。在这里，我们表明，在化学势$μ_i$，其中$i$标记的物种，空间中的一条线，代表一个沉积的样品，并在重力下，这个沉积路径的每一个交叉点产生一个界面。可以导致复杂的相堆叠，例如我们在二氧化硅球和三水铝石片晶的混合物中观察到的在顶部和底部各向同性相之间的浮动的层状夹层。
2012-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Highly nonlinear dynamics in a slowly sedimenting colloidal gel
我们使用原始的光散射技术和具有独特光学特性的颗粒相结合，研究引力应力下有吸引力的胶体悬浮液的行为，随着时间的推移，浓度分布，速度分布和微观动力学。在压缩状态下，沉降速度随高度几乎线性增长，这意味着凝胶沉降可以完全由（时间依赖性）应变速率来描述。我们发现，微观动力学表现出显着的标度特性时，时间是由应变率归一化，表明凝胶微观结构的重组是由其宏观变形。
2011-02-25 cond-mat.soft
The sediment of mixtures of charged colloids: segregation and inhomogeneous electric fields
我们从理论上研究了具有不同浮力质量和/或电荷的胶体颗粒的稀二元、三元和多分散混合物的沉降扩散平衡。我们专注于低盐制度，在那里的熵的筛选离子驱动自发电荷分离和形成一个不均匀的宏观电场。由此产生的电力解除胶体对重力，产生高度非气压，甚至非单调的胶体密度分布。最深刻的影响是分离成具有相等质量/电荷的胶体层的现象，包括重胶体物质漂浮在较轻物质上的可能性。
2005-04-18 cond-mat.soft
Wall Adhesion and Constitutive Modelling of Strong Colloidal Gels
在强烈絮凝的胶体凝胶的批量沉降过程中，壁粘附效应通常被认为是可以忽略的。在这项研究中，原位测量的胶体凝胶流变学和固体体积分数分布表明相反，在110 mm直径的沉降柱中观察到显着的壁粘附效应。我们开发并验证了一个数学模型的平衡应力状态下的粘塑性和粘弹性本构模型的壁粘附的存在。这些配方突出的基本问题，胶体凝胶的本构建模，特别是任意张量载荷下的粘塑性和粘弹性流变模型的相对实用性和有效性。所开发的模型进行了验证，对实验数据，这指向一种新的方法来估计的剪切和压缩屈服强度的强烈絮凝的胶体凝胶从一系列的平衡固体体积分数分布在不同的列宽度。
2014-06-24 cond-mat.soft
Controlling colloidal phase transitions with critical Casimir forces
临界卡西米尔效应提供了众所周知的量子力学卡西米尔效应的热力学模拟。它作用于浸没在临界二元液体混合物中的两个表面之间，并且是由溶剂的浓度波动的限制引起的。与量子力学效应不同，这种吸引力的大小和范围可以通过溶剂相关长度随温度进行调节，从而为纳米和微米尺度结构的组装提供了新的机会。在这里，我们展示了使用临界卡西米尔力的平衡相的主动组装控制。我们通过精确控制胶体颗粒之间的相互作用，将其引导到分子液体和固体相的类似物中。通过测量临界Casimir粒子对势直接从密度波动的胶体气体中，我们获得洞察液化在小尺度上：我们应用分子液化的范德华模型，并表明，胶体气-液凝聚是准确描述的范德华理论，即使在几个粒子的规模。这些结果开辟了新的可能性，在主动组装控制的微米和纳米结构。
2013-02-20 cond-mat.soft
Continuum-statistical dynamics of colloidal suspensions under kinematic reversibility
International School Michel Lucius（米歇尔·卢修斯国际学校）
提出线性响应理论，通过洛伦兹互易定理在运动可逆性下的应用，建立胶体运动中昂萨格互易性的连续统力学起源，并推导出胶体扩散的所有非平衡贡献。
2026-05-31 cond-mat.soft
A Navier Stokes Phase Field Crystal Model for Colloidal Suspensions
我们开发了一个完全连续的模型与流体动力学相互作用的胶体悬浮液。Navier Stokes相场晶体（NS-PFC）模型结合了动态密度泛函理论和颗粒流方法的思想，详细推导了该模型，并将其与其他具有流体动力学相互作用的动态密度泛函理论方法联系起来。推导出的系统使用自适应有限元数值求解，并用于分析胶体结晶在流动的环境中表现出强耦合的晶体形状和流场之间的两个方向。我们进一步验证模型对其他计算方法的颗粒流系统的各种胶体沉积问题。
2015-01-26 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
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
Controlling the temperature sensitivity of DNA-mediated colloidal interactions through competing linkages
我们提出了一种新的策略来改善DNA功能化胶体的自组装性能。我们解决的问题是，DNA官能化胶体通常在狭窄的温度窗口中结晶，如果有的话。根本原因是DNA介导的相互作用对温度或其他物理控制参数的极端敏感性。我们建议通过利用具有不同核苷酸序列的DNA键之间的竞争来拓宽胶体结晶的窗口，这导致了主导键类型的温度依赖性切换。遵循这样的策略，我们可以降低DNA介导的自组装的温度依赖性，以制造可以在比现有DNA官能化胶体系统更宽的温度窗口中结晶的系统。我们报告的蒙特卡罗模拟表明，所提出的策略确实可以在实际工作中的真实系统和特定的，可设计的DNA序列。根据不同的DNA结构的长度比，我们发现，键开关要么大力驱动（等长或“对称”DNA）或控制的组合熵增益（“不对称”DNA），这是从大量的结果可能的结合伙伴为每个DNA链。我们提供了具体的建议，这些效果可以通过实验实现的DNA序列。
2012-01-29 cond-mat.soft
Mass transfer during drying of colloidal film beneath a patterned mask that contains a hexagonal array of holes
我们模拟了一个实验，其中当刚好在液滴上方的掩模主要允许从掩模中的孔正下方的液滴自由表面蒸发时，允许薄的胶态固着液滴在水平亲水表面上变干[Harris D J，Hu H，Conrad JC和Lewis JA 2007 \textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{98} 148301]。我们考虑了一种特殊的情况下，当中心到中心的间距孔是远远小于滴直径。在我们的模型中，平流，扩散和沉降被考虑在内。采用FlexPDE对对流扩散方程进行有限元求解。模拟表明，随着溶剂蒸发，胶体颗粒在孔下方积聚。扩散可以减少这种积累。
2015-09-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The relationship between the compressional and shear strengths of poroelastic colloidal gels
强颗粒凝胶被广泛认为在压缩中表现为多孔弹性，例如在沉降中，即使它们由于颗粒的粘性而不可逆地固结。颗粒状凝胶通常具有粘性和内聚性，因此通常会产生壁效应[Michaels & Bolger（1962）]。这些在工艺工程规模上很少表现出来，尽管它们在实验室和小容器中的配制产品中可能很重要。相对而言，当非线性孔隙弹性的假设与粘合破坏（屈服）是脆性的想法相结合时，就会出现剪切强度与抗压强度之比S以及它如何随密度变化的规定。S被预测为在凝胶点的顺序统一，然后迅速增加之后。的预测是一致的实验数据，可用于稀释和浓缩凝胶，虽然更多的数据将是受欢迎的。对Condre等人（2007）最近发表的一篇关于极稀凝胶中壁效应的论文进行了评论，其中认为，除其他外，没有必要引用颗粒来解释他们的结果，简单的粘附就足够了。
2009-03-05 cond-mat.soft
Controlling placement of nonspherical (boomerang) colloids in nematic cells with photopatterned director
将胶体颗粒放置在预先设计的位置代表了当前最先进的胶体科学的主要挑战。具有空间变化的指向矢图案的向列型液晶代表了一种很有前途的方法，以实现良好控制的胶体颗粒的放置，这要归功于颗粒和周围的分子取向景观之间的弹性力。在这里，我们演示了如何空间变化的导演字段可以用来控制放置的非球形粒子的回飞镖形状。回飞棒胶体产生偶极对称的指向矢扭曲。当一个回飞棒粒子被放置在一个周期性的展曲-弯曲指向矢图案中时，它会向最大弯曲的区域迁移。的行为与正常的表面锚定，这也产生偶极指向矢扭曲的球形颗粒之一，但更喜欢划分成具有最大张开的区域。因此，展曲-弯曲周期性景观允许人们在空间上分离这两种类型的粒子。通过探索过阻尼动力学的胶体，我们确定弹性驱动力负责的优先位置。通过图案化分子取向控制胶体位置可以探索用于微流体、芯片实验室、传感和分选装置中的未来应用。
2016-11-14 cond-mat.soft
Gravitaxis of asymmetric self-propelled colloidal particles
许多能动的微生物调整它们相对于引力场的游动运动，从而抵消沉降到地面的作用。这种重力行为通常是不均匀质量分布的结果，其将微生物排列成类似于浮标。然而，也有人认为，重力轴也可能是由几何学上的前后不对称造成的，这是许多自我推进的生物体的典型特征。尽管有几次尝试，没有确凿的证据，这种不对称引起的引力运动存在。在这里，我们研究的运动的不对称自推进胶体粒子，具有均匀的质量密度和一个明确的形状。在实验和理论建模中，我们证明了形状各向异性本身就足以引起重力运动，无论是优先向上或向下游泳。此外，还观察到类似余摆线的轨迹横向于重力的方向。
2015-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamic density functional theory for drying colloidal suspensions: Comparison of hard-sphere free-energy functionals
动态密度泛函理论（DDFT）是一种很有前途的方法，用于预测含有一种或多种类型胶体颗粒的干燥悬浮液的结构演化。假设的自由能泛函是DDFT的一个关键组成部分，它决定了模型的热力学，进而决定了由于浓度梯度引起的密度通量。在这项工作中，我们比较了几种常用的自由能泛函干燥硬球悬浮液，包括局部密度近似的基础上的理想气体，维里，和Boublík-Mansoori-Carnahan-Starling-Leland（BMCSL）状态方程，以及基于基本测量理论（FMT）的加权密度近似。为了确定每个功能的准确性，我们在不同的初始高度和组成的干燥膜模型的一个和两个组件的硬球悬浮液，我们比较DDFT预测的体积分数的配置文件，以粒子为基础的布朗动力学（BD）模拟。FMT准确地预测的单组分悬浮液的结构，即使在高浓度和显着的密度梯度发展时，但维里和BMCSL状态方程提供了合理的近似较小的浓度在降低计算成本。在双组分悬浮液中，FMT和BMCSL彼此相似，但与BD模拟相比，适度高估了分层的程度。这一工作为软质材料在溶剂干燥、溶剂冻结和沉降等非平衡过程中选择热力学模型提供了有益的指导。
2022-08-02 cond-mat.soft
Controlling the volume fraction of glass-forming colloidal suspensions using thermosensitive host `mesogels'
控制胶态悬浮液玻璃化转变的关键参数是$φ$，即颗粒所占样品体积的分数。不幸的是，通过改变外部参数来改变$φ$是不可能的，如在分子玻璃形成剂中，\textit{e.g.}温度$T$，除非使用热敏胶体颗粒，如流行的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNiPAM）微凝胶。然而，这些有几个缺点，包括高的变形性，渗透性去溶胀和相互渗透，这使得它们作为模型系统来研究胶体玻璃化转变变得复杂。在这里，我们提出了一个新的系统，其中PNiPAM水凝胶球的~ $100-200 μm$大小悬浮的非变形球形二氧化硅纳米粒子的胶体悬浮液组成。由于介凝胶体积中的$T$诱导的变化，这些非胶体“介凝胶”允许控制二氧化硅纳米颗粒有效可用的样品体积，并因此控制其$φ$。使用光学显微镜，我们首先表明，介凝胶保持其能力，改变尺寸与$T$时，悬浮在Ludox悬浮液中，类似于在水中。然后，我们表明，它们的大小是独立的样品的热历史，这样一个定义明确的，可逆的$T$和$φ$之间的关系可以建立。最后，我们使用空间分辨的动态光散射来证明，在不同的$T$，我们的系统表现出广泛的动态行为在整个玻璃化转变和超越，与一系列不同的二氧化硅纳米粒子悬浮液所表现出的各种$φ$。
2022-03-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Wall adsorption of a colloidal particle moving in a quiescent partially wetting fluid
在热平衡中，两块平行板之间的胶体颗粒浸入部分润湿颗粒和板的流体中，被壁吸引。然而，如果颗粒平行于板运动，则在低雷诺数的极限下，会产生远离板的流体动力升力。我们从理论上研究了这两种效应的竞争，并确定了速度的范围，在该范围内，速度可以作为一个参数控制微流中的吸附。
2003-04-29 cond-mat.soft
Phase stacking diagram of colloidal mixtures under gravity
在胶体或液体混合物中，在沉积-扩散平衡时观察到的不同层的堆叠是本体相分离的显著结果。然而，从相图中得出定量的结论是非常微妙的。在这里，我们介绍了勒让德变换的化学势表示的体相图，以获得一个独特的堆叠图的所有可能的堆栈重力下。简单的体相图通常会导致复杂的堆积图。我们将该理论应用到只有两相体共存的二元硬核血小板混合物中，发现堆叠图包含六种类型的堆叠，多达四个不同的层。这些结果可以在胶体血小板混合物中进行实验测试。一般来说，扩展的吉布斯相位规则确定沉积层的最大数量为$3+2(n_b-1)+n_i$，其中$n_b$是双结点的数量，$n_i$是它们的拐点的数量。
2013-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Dynamic light scattering measurements in the activated regime of dense colloidal hard spheres
我们使用动态光散射和数值模拟研究的方法来平衡和平衡动力学系统的胶体硬球在很宽的密度范围内，从稀释系统非常集中的悬浮液进行玻璃态动力学。我们讨论了几个实验问题（沉降，热控制，非平衡老化效应，动态异质性）时产生的非常大的弛豫时间进行测量。当分析超过七十年的时间，我们发现，平衡弛豫时间，τ_alpha，我们的系统是由模式耦合理论预测的代数发散超过约三十年的窗口。在较高密度下，τ_alpha随距离呈指数增加，达到临界体积分数phi_0，该临界体积分数phi_0远大于模式耦合奇点。这让人想起了分子玻璃形成者在活化状态下的行为。我们将这些结果与以前的工作进行比较，仔细讨论结晶和尺寸多分散性的影响。我们的研究结果表明，一个真正的代数发散τ_α胶体硬球的情况下。
2009-03-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Controlling the dynamics of colloidal particles by critical Casimir forces
临界卡西米尔力可以在纳米科学和纳米技术的应用中发挥重要作用，由于它们的皮牛顿强度，纳米作用范围，作为温度的函数的精细可调谐性，以及对所涉及物体的表面性质的精确依赖性。在这里，我们调查的自由动力学的一对胶体粒子分散在一个近临界的二元液体溶剂的大部分，使用闪烁的光镊临界Casimir力的影响。特别地，我们测量两种胶体之间的距离的时间演化，以确定它们的相对扩散和漂移速度。此外，我们通过研究所谓的首次通过时间分布的温度依赖性，即，从最初指定的距离开始，颗粒第一次达到一定距离所需的时间。这些数据与蒙特卡罗模拟和Langevin动力学的理论结果符合得很好。
2018-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling Colloidal Flow through a Microfluidic Y-junction
本文研究了微流体Y型结中胶体粒子的流动行为，发现通过调节粒子间的排斥或吸引相互作用及通道几何，可有效控制粒子分叉处的堵塞与分支引导，为防止微流控芯片破裂提供了新方法。
2024-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The yielding dynamics of a colloidal gel
当施加高于屈服应力的剪切应力时，有吸引力的胶体凝胶显示固体到流体的转变。这种剪切诱导的转变几乎涉及胶体凝胶的任何应用。这对于控制材料性能也至关重要。尽管如此，尽管它的普遍存在，屈服过渡是远远没有理解，主要是因为流变测量在整个样品的空间平均。在这里，仪器的蠕变和振荡剪切实验与高频超声开辟了新的途径来观察当地的动态不透明的有吸引力的胶体凝胶。过渡从细胞壁和非均相流化的整个样品的特征时间，其变化与施加的应力表明存在的能量障碍与凝胶化过程。这些结果为进一步理解屈服转变的计算机模拟和理论计算提供了新的实验依据。该技术的多功能性也应该允许广泛的细观研究的断裂机制，从晶体到玻璃质材料的软固体。
2009-11-06 cond-mat.soft
Equation of State of Colloidal Membranes
在非吸附性聚合物的存在下，单分散的棒状胶体组装成一个棒状长度的厚的液体状单层，称为胶体膜。胶体膜内的棒的密度由包封聚合物悬浮液施加的渗透压与胶体棒之间的排斥力之间的平衡决定。我们开发了一种微流控装置，用于连续观察隔离膜，同时动态控制聚合物悬浮液的渗透压。使用这种技术，我们测量了膜棒密度在一个范围内的渗透压比更宽的是什么是平衡样品中可访问的。随着密度的增加，我们观察到一个一级相变，其中的平面膜顺序从二维流体转化为二维固体。在低渗透压的限制下，我们测量了单个杆从膜上蒸发的速率。所开发的微流控技术可广泛适用于各种软材料的原位研究，以及它们的性质如何取决于溶剂的组成。
2019-05-30 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
Controlling the rheo-electric properties of graphite/carbon black suspensions by 'flow-switching'
本研究在模拟能源应用的石墨-炭黑油相悬浮液中发现流变双稳态，低于临界应力的稳态剪切会使体系转至弱力学低电导态，需高应力剪切恢复，为电池浆料加工优化提供新思路。
2023-11-09 cond-mat.soft
Nonlinear mechanics of colloidal gels: creep, fatigue and shear-induced yielding
胶体凝胶是由悬浮在液体中的具有吸引力的颗粒聚集而成的，其尺寸范围从10 nm到几微米。这样的凝胶在日常生活应用中是普遍存在的，从食品到油漆或建筑材料，特别是由于它们容易“产生”，即，在弱的外部载荷作用下从固体变成液体。因此，了解和控制胶体凝胶的机械响应是至关重要的。然而，根据系统的细节，所得到的凝胶网络呈现不同的微观结构组织，这可能导致广泛不同的机械响应。这提出了重要的挑战，在充分表征屈服和揭示机制的非线性响应的胶体凝胶。在本文中，我们区分两类胶体凝胶分别显示可逆屈服，其中的凝胶网络的改革后，负荷释放，和不可逆屈服，其中的网络被完全破坏，通过骨折和相分离。这种广泛的，经验的区别是通过流变学和局部实验在介观尺度，网络特征尺寸和样品尺寸之间的中间。我们进一步讨论了如何从蠕变和疲劳实验中获得的观测值可以建模，以预测屈服和突出开放的问题和未来的研究方向在该领域。
2020-11-13 cond-mat.soft
Influence of Inter-Layer Exchanges on Vorticity-Aligned Colloidal String Assembly in a Simple Shear Flow
牛顿流体中的硬球是胶体悬浮体所表现出的非牛顿材料现象的范例。最近的实验研究（Cheng等人，2011 Science，333，1276）表明，在向这样的系统施加剪切时，颗粒形成在涡度方向上排列的弦状结构。我们探索这种失衡组织的机制与转向过渡路径采样，这使我们能够偏置布朗贡献的近对粒子的旋转，并以受控的方式改变悬浮液的动力学。我们的结果表明，弦结构和旋转动力学之间有很强的相关性。具体来说，模拟表明，加速紧密粒子对的旋转，而不是增加它们的频率，有利于弦的形成。这种洞察力描绘了流体力学，布朗运动和颗粒包装的作用，并反过来，通知控制大规模颗粒结构的组装的设计策略。
2013-10-04 cond-mat.soft
Hydrodynamic Stability Criterion for Colloidal Gelation under Gravity
本文通过布朗动力学与格子玻尔兹曼模拟，研究重力对胶体凝胶形成过程的影响，提出基于新生团簇加速沉降的稳定性判据，并分析了临界体积分数以上凝胶网络力学主导的沉降行为及最终沉积物状态。
2023-03-24 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
