Effective potentials induced by mixtures of patchy and hard co-solutes
向胶体悬浮液中加入共溶质通常用于诱导可调的耗尽相互作用。在这项工作中，我们研究了有效的胶体相互作用所产生的二元共溶质混合物的硬球和斑片状颗粒。通过改变这两种物质的相对浓度，我们表明，由此产生的有效电位$V_\text{eff}$连续变化，从一个获得的单组分硬球共溶质介导的单组分斑片状颗粒共溶质。有趣的是，我们发现，与两种组分的相对浓度无关，所得的$V_\text{eff}$是相加的，即，其通过由各自的纯共溶质介导的有效相互作用的线性组合而被很好地描述。然而，当共溶质混合物接近分层过渡的开始时，发生加和性的分解。这些结果代表了理解和预测胶体在复杂和拥挤的环境中的行为，并利用这些知识来设计有针对性的胶体超结构向前迈进了一步。
2021-06-11 cond-mat.soft
Gel-forming patchy colloids and network glass formers: Thermodynamic and Dynamic analogies
本文讨论了最近的尝试，以提供一个更深入的了解胶体物质的热可逆的“凝胶”状态，并解开凝胶在胶体水平和凝胶在分子水平，通常被称为网络形成强液体之间的类比。形成凝胶的片状胶体和强液体之间的连接是由粒子间相互作用的有限化合价提供的，即通过存在键合的最近邻的数量的限制。
2007-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-assembly of three-dimensional open structures using patchy colloidal particles
开放结构可以显示出许多不寻常的性质，包括负泊松比，负热膨胀和全息弹性，并在工程中有许多有趣的应用。然而，在胶体尺度上自组装开放结构是一个巨大的挑战，其中短程相互作用和低配位数可能使它们机械不稳定。在本文中，我们讨论了使用三块Janus粒子的开放结构的自组装，它有两个大的吸引补丁，可以形成多个键，由一个带与纯硬球排斥分开。这样的表面图案化导致开放结构，其通过取向熵（有序无序效应）稳定，并且通过振动熵选择而不是紧密堆积的结构。对于不同的补丁大小的颗粒可以形成四面体或八面体结构的图案，然后组成开放的晶格，包括烧绿石，六方四叠和钙钛矿晶格。使用分析理论，我们研究这些可能的开放和紧密堆积结构的三块Janus粒子的相图和表征这些结构的机械性能。我们的理论导致合理的设计粒子的三维胶体结构的自组装是可能的，使用目前的实验技术。
2014-03-04 cond-mat.soft
The configurational entropy of colloidal particles in a confined space
用蒙特卡罗积分方法计算了受限几何中胶体粒子作为硬盘相互作用的构型熵。特别是，我们考虑系统的三种边界条件：硬，周期和球形。当填充分数$ϕ$较小时，随着颗粒数$N$的增加，周期性边界条件和球形边界条件下系统的颗粒熵趋于相同，而硬边界条件下系统的颗粒熵在所研究的$N$范围内与它们相比仍有明显差异.令人惊讶的是，尽管小的系统尺寸，在无限大的系统尺寸从外推的周期性和球形系统的估计熵每粒子是在合理的协议与使用热力学积分方法计算。此外，随着$N$的增加，我们发现对关联函数开始表现出类似于大的自组装系统在相同的包装分数的功能。我们的研究结果可能有助于更好地理解构型熵如何随系统尺寸和边界条件的影响而变化，并为受限空间中的工程粒子提供相关见解。
2022-04-30 cond-mat.soft
Self-Assembly of Patchy Colloidal Dumbbells
我们采用蒙特卡罗模拟研究了通过修正的Kern-Frenkel势相互作用的块状哑铃胶体的自组装，通过探测系统的浓度和哑铃形状。我们考虑哑铃组成的一个有吸引力的球的直径$σ_1$和一个排斥球的直径$σ_2$和中心到中心的距离$d$之间的领域。对于三种不同的尺寸比，我们研究了两个球之间不同间距$l = 2d/(σ_1+σ_2)$的自组装结构。特别是，我们专注于可以从均匀流体组装的结构，因为这些可能是在实验中感兴趣的。我们使用簇序参数来分类所形成的结构的形状。当球的大小几乎相等时，$q=σ_2/σ_1=1.035$，我们发现，在增加$l$，球形胶束转化为细长胶束，并最终囊泡和双层。对于尺寸比$q=1.25$，我们观察到一个连续可调的过渡，从球形到细长的胶束时，增加球分离。对于尺寸比$q=0.95$，我们发现双层和囊泡，加上多面体和液滴。我们的研究结果确定了关键参数，以创建有吸引力的哑铃在实验中的胶体囊泡。
2014-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transfer of multi-DNA patches by colloidal stamping
片状颗粒由于其发展定向和选择性相互作用的能力而受到极大的关注，并作为创新胶体分子和晶体结构自组装的构建单元。虽然合成具有多个不同补丁的粒子仍然具有很大的挑战性，并且缺乏有效的方法，但这些构建模块将为更广泛的具有固有特性的有序材料开辟道路。在这里，我们描述了一种新的方法来图案功能的DNA补丁在颗粒的表面，通过使用胶体邮票。由于选择性链置换反应，DNA油墨仅在目标颗粒和印模之间的接触区域处转移。所产生的DNA斑块颗粒是理想的候选者，可以作为先进的精密/设计师构建模块来自组装下一代胶体材料。
2023-01-13 cond-mat.soft
Properties of patchy colloidal particles close to a surface: a Monte Carlo and density functional study
利用蒙特卡罗模拟和密度泛函理论研究了硬壁附近的片状粒子模型的行为。两个DFT方法，基于Wertheim的一阶微扰理论的关联自由能的均匀和非均匀版本。我们评估，通过模拟和理论，流体的平衡体相图和分析的表面性质的两个isochores，其中之一是接近液体侧的气液共存曲线。我们发现，密度分布附近的壁交叉从一个典型的高温吸附剖面的低温解吸一个，等容线接近共存。我们将这种行为与散装网络液体的性质联系起来，并发现在这种情况下，理论描述是相当准确的。然而，在非常低的温度下，形成几乎完全键合的网络，并且模拟揭示了DFT未捕获的第二吸附制度。我们跟踪这种失败的粒子，这被发现表现出表面诱导的取向顺序在这个政权的取向相关性的忽视。
2012-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Effects of Brownian Motion On Particle Interactions with Patchy Surfaces Bearing Nanoscale Features
布朗运动对粒子与非均质收集器相互作用的影响进行了评估，通过添加随机布朗位移的粒子轨迹和比较那些轨迹的地方，布朗运动不包括在内。我们将粘附阈值定义为粘附胶体颗粒所需的收集器上的平均斑块密度和Péclet数，Péclet数量化了胶体，剪切和布朗效应的相对重要性。我们发现，布朗运动有一个可以忽略不计的影响粒子轨迹图案与纳米级的异质性，非均匀分布的收集器内创建本地吸引力和排斥区域。强局部排斥区域中的高能量势垒不能通过布朗运动克服，使得片状收集器上的颗粒沉积由空间变化的DLVO相互作用而不是由布朗运动控制。在模拟中引入布朗运动效应，系统的整体粘附行为保持不受影响，因此，对于通常用于纳米级非均匀收集器上的颗粒轨迹实验的颗粒尺寸，完全忽略布朗运动效应是合理的。
2015-10-22 cond-mat.soft
How patchiness controls the properties of chain-like assemblies of colloidal platelets
具有凸形、非球形形状的片状胶体片晶已经用不同的材料在从纳米到微米的长度尺度上实现。虽然这些硬形状的组装倾向于使边缘到边缘的接触最大化，但是一旦通过例如，沿着颗粒边缘的特定配体--形状和键合各向异性之间的竞争开始，产生复杂的组装方案。我们在这里集中在一个二维系统的补丁菱形，即，具有规则菱形形状的胶体小片，沿其周边装饰有结合位点。具体来说，我们考虑菱形与两个补丁，放置在相对或相邻的边缘。虽然对于第一类粒子只能形成链，但对于后者，我们观察到链或环的出现，这取决于系统参数。根据补丁定位-分类在不同的类，拓扑结构和距离边缘中心-我们能够描述新兴的链状组装体的长度，包装能力，灵活性和排序。
2019-10-22 cond-mat.soft
Colloidal Gels: Equilibrium and Non-Equilibrium Routes
我们试图根据胶体-胶体相互作用对不同的胶体凝胶进行分类。我们主要区分非平衡和平衡路线凝胶化，前者的情况下被奴役热力学相分离，而后者是个性化的竞争相互作用和补丁胶体的框架。重点放在最近的数值模拟胶体凝胶化和他们的连接到实验。最后，我们强调了不同凝胶类型的典型特征，在实验中更详细地观察。
2007-06-12 cond-mat.soft
Anomalous Multipole Expansion: Charge Regulation of Patchy, Inhomogeneously Charged Spherical Particles
电荷调节是生物和胶体系统中静电学的一个重要方面，其中电荷通常不是固定的，而是取决于环境变量。在这里，我们分析的电荷调节机制在斑片状，不均匀带电的球形粒子，如球状蛋白质，胶体，或病毒。与多极膨胀的不均匀带电的球形表面，电荷调节机制的线性近似的水平上示出，导致不同的多极矩之间的混合取决于它们的电容-相对于静电势的电荷分布的响应函数。这是在离子屏蔽存在下分子静电学的另一个异常特征。我们证明了电荷调节的影响，对几个例子的不均匀带电的球形粒子，表明它会导致显着的变化，在他们的多极矩。
2018-05-31 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Extended Wertheim theory predicts the anomalous chain length distributions of divalent patchy particles under extreme confinement
具有二价吸引作用的胶态片状粒子可以自组装成线性聚合物链。它们在2D和3D中的平衡性质由Wertheim的热力学微扰理论很好地描述，该理论预测了一个定义明确的指数衰减平衡链长分布。在实验实现中，由于重力，颗粒沉降到悬浮液的底部，形成具有小于颗粒直径的重力高度的单层颗粒。根据实验，在模拟中观察到非常高的单体浓度，这还不清楚。为了解释这一观察，我们解释聚合反应发生在一个高度受限的准二维平面和扩展Wertheim热力学微扰理论定义的加成反应常数作为链长的函数。我们推导出的理论，测试它在简单的方势阱，并将其应用到实验的情况下，合成的胶体片状颗粒浸没在一个二元液体混合物，描述了一个准确的有效的临界Casimir片状颗粒的潜力。重要的相互作用参数进入理论明确计算使用的积分方法结合蒙特卡罗抽样。在没有任何可调参数的情况下，链长分布的预测与自组装粒子的显式模拟非常一致。我们讨论的方法的一般性，其应用范围。
2022-06-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase diagram of patchy colloids: towards empty liquids
我们报告的理论和数值计算的相图斑片状胶体颗粒的新一代。我们表明，键合的最近邻的数量的减少提供了产生液体状态（即与温度$T$低于液-气临界温度的状态）的可能性与消失的占用填充分数（$ϕ$），一种情况下，这不能实现与球形相互作用的粒子。理论结果表明，这种减少是伴随着在（$T$ - $ϕ$）平面的液相的稳定区域的增加，可能有利于建立均匀的无序材料在小$ϕ$，即稳定的平衡凝胶。
2006-09-25 cond-mat.soft
Formation of dodecagonal quasicrystals in two-dimensional systems of patchy particles
用计算机模拟方法研究了具有5块和7块规则排列的二维斑片粒子的行为。对于较高的压力和较宽的斑块宽度，六边形晶体具有最低的焓，而在较低的压力和较窄的斑块，具有五个最近邻居的低密度晶体，以及基于正方形和三角形的（3^2，4，3，4）平铺的晶体的焓变低。有趣的是，在六方晶体变得稳定的参数空间附近的区域，从高温冷却时形成具有十二角对称性的准晶结构。这些准晶体可以被认为是正方形和三角形的镶嵌，并且可能是由与所有不同的可能的这种镶嵌相关联的大的构型熵所稳定的。潜在的实验实现这样的结构使用DNA多臂图案进行了讨论。
2011-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Observation of empty liquids and equilibrium gels in a colloidal clay
本研究针对斑片状胶体相图相关理论预测缺乏实验验证的问题，在复杂胶体黏土中首次观测到空液体与平衡凝胶，并结合数值模拟验证了理论预测，为软材料设计提供了实验依据。
2023-08-28 cond-mat.soft
Patchy Particles Design: From Floppy Modes to Sloppy Dimensions
本文利用自动微分分子动力学，研究斑块粒子设计参数间的相互作用，发现参数景观依赖目标结构柔性，并通过Hessian矩阵识别刚性与松散参数，为有限团簇设计提供指南。
2025-10-10 cond-mat.soft
Diffusivity and configurational entropy maxima in short range attractive colloids
本文研究了大填充率下的标记粒子扩散问题，模型中粒子与广义Lennard-Jones 2n-n势相互作用，且n较大。由此产生的短程电位模拟了胶体系统中的相互作用。在协议与以前的计算短程电位，我们观察到的扩散率最大值作为温度的函数。通过研究的温度依赖性的构型熵-我们用两种不同的方法进行评估-我们发现，观察到一个构型熵最大值在温度接近的扩散率最大值。我们的研究结果表明，短程电位的动力学和不同的状态的数量之间的关系。
2004-04-25 cond-mat.soft
The ion activated attractive patchy particles model and its application to the liquid-vapour phase transitions
本研究扩展了离子激活吸引型斑块粒子模型，引入结合位点间的排斥效应，并利用数值方法分析了模型参数对相图中液-汽共存区域的影响。
2024-09-27 cond-mat.soft
Dynamics of equilibrium linked colloidal gels
吸引性地结合到仅几个邻居的胶体（例如，斑片状颗粒）可以形成具有独特的动态性质的平衡凝胶，该动态性质随时间稳定。在这里，我们使用一个粗粒度的模型来探索动态的平均价是宏观上，而不是微观上，约束的片状胶体的连接网络。该模型的模拟结果显示了平衡凝胶形成的动态标志，并建立了胶体-胶体键的持续时间控制自中间散射函数的特征缓慢弛豫。该模型的特点没有相分离的连接剂浓度的函数，在化学计量比的连接剂末端纳米粒子表面结合位点为中心的再入网络形成。从化学计量学的结果，在连接器饥饿或网站饥饿的网络与降低连接性和较短的特征弛豫时间与较低的活化能。在重入趋势的基础上，动力学性质随着每个胶体的有效网络键的数量单调变化，这个数量可以使用Wertheim的热力学微扰理论来预测。这些行为表明宏观原位策略调整胶体网络的动态响应。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Why Colloidal Systems can be described by Statistical Mechanics: Some not very original comments on the Gibbs paradox
胶体颗粒是可区分的。此外，它们的热力学性质是广泛的。如果人们接受N个胶体系统的构型积分必须除以N！的观点，那么统计力学就可以预测这种行为。在许多教科书中，有人认为，因子N！修正了相同粒子（在量子力学意义上）是不可区分的事实。显然，这一论点不适用于胶体。这篇文章解释了为什么，尽管如此，一切都很好。这一点以前已经提出过，但还没有被理解。我还讨论了多分散性的影响。
2013-12-03 cond-mat.soft
Electrostatics of Patchy Surfaces
在胶体、生物和电化学系统的研究中，通常将表面、大分子和电极视为均匀带电的。这种简化的方法在大多数情况下被证明是成功的，但未能描述广泛的非均匀带电表面通常用于实验。例如，最近的实验已经揭示了整个中性表面之间的长程吸引力，局部带电的马赛克状结构的正电荷和负电荷域（"补丁"）。在这里，我们回顾实验和理论研究解决不均匀带电表面的稳定性，它们在溶液中的离子强度，以及两个这样的表面之间的相互作用。我们专注于静电学，并强调了在非均匀情况下出现的重要的新物理参数，如最大斑块尺寸和表面间电荷相关性
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Configurational temperatures and interactions in charge-stabilized colloid
我们证明了构型温度形式可以从经典的超维里定理推导出来，并引入了超构型温度定义的层次结构，这些定义特别适合于实验研究。然后，我们使用这些分析工具来探测电荷稳定的胶体球由平行的玻璃表面限制的单层中的静电相互作用。的配置和hyperconfigurational温度，再加上一个新的热力学求和规则，提供了以前缺乏的自我一致性测试的相互作用测量的基础上，数字视频显微镜，从而投下新的光有争议的报告约束引起的电荷吸引力。我们进一步介绍了一种新的方法，用于直接测量的对电位，使用的一致性的配置和hyperconfigurational温度作为一组约束条件的无模型搜索。
2004-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Generic model for tunable colloidal aggregation in multidirectional fields
基于二维布朗动力学的计算机模拟，我们研究了多个外场诱导的具有定向相互作用的胶体粒子的聚集情形。为此，我们提出了一个模型，它允许连续变化的粒子相互作用，从点偶极像补丁一样（四个补丁）。我们发现，作为这种变化的结果，在低密度和温度下发生的非平衡聚集从传统的扩散限制簇聚集（DLCA）转变为涉及旋转键的光滑DLCA;这是伴随着明显的变化的基础晶格结构的聚集体从正方形到六边形有序。随着温度的升高，我们发现了一种向流体相的转变，这与简单的平均场密度泛函理论的结果一致。
2015-05-07 cond-mat.soft
Stabilizing quasicrystals composed of patchy colloids by narrowing the patch width
我们利用蒙特卡罗模拟研究了具有8个或10个对称排列的片状胶体颗粒的行为。粒子之间的相互作用遵循一种各向同性的对势，这种对势只有一个典型的长度。补丁导致额外的吸引力是各向异性的，并取决于两个相邻粒子的相对取向。我们研究了组装结构中的准晶特别感兴趣。我们发现，补丁宽度是非常重要的：只有在窄补丁宽度的情况下，我们能够观察到亚稳的八边形和十边形准晶，而十二边形准晶也可以发生广泛的补丁。这些结果是重要的，以获得准晶体的相互作用与优选的结合角的理解的作用。我们的研究结果表明，在尖锐的结合角的情况下，因为它们发生在金属合金中，八角形和十边形对称性可能会观察到更经常比在系统中与不太尖锐的结合角，因为它是在软物质系统的情况下，十二边形准晶占主导地位。
2019-06-03 cond-mat.soft
Percolation in binary and ternary mixtures of patchy colloids
本文从理论上和蒙特卡罗模拟两方面研究了片状胶体颗粒二元和三元混合物的渗流问题。每个粒子有三个相同的斑块，不同的物种有不同类型的斑块。理论上，我们假设树状集群和计算的键合概率使用Wertheim的一阶微扰理论协会。对于三元混合物，我们发现多达八个根本不同的双稳态。这些状态在物种和成对的物种方面有所不同。最强的凝胶是三凝胶或三连续凝胶，其中三种物质中的每一种都已溶解。最弱的凝胶是混合凝胶，其中所有的颗粒都已溶解，但没有一种物质本身溶解。混合熵与成键内能的竞争决定了各态的稳定性。理论和模拟结果非常吻合。唯一的显著差异是渗流阈值的温度，由于在理论描述中没有闭环，理论高估了该温度。
2016-06-17 cond-mat.soft
Effective potentials induced by self-assembly of patchy particles
有效的胶体-胶体相互作用可以通过添加复杂的共溶质来定制。在这里，我们调查的情况下，由自组装补丁粒子的共溶质。根据化合价，这些颗粒可以形成聚合物链或支链结构。我们数值计算的有效势$V_{eff}$之间的两个胶体浸没在悬浮液中的可逆斑片状粒子，探索了广泛的区域的共溶质相图和价的作用。除了众所周知的排斥体积和耗尽效应，我们发现，在适当的条件下，$V_{eff}$是完全有吸引力的，但显示出振荡的字符。在聚合共溶质的情况下，这是由于链通过局部有序的开始被胶体有效地限制。这个论点，然后推广到具有较高的化合价的粒子的情况下，条件是他们仍然能够保持一个完全键合的组织约束。由此产生的有效电位是相关的复杂的混合物在拥挤的环境中的行为的理解，但也可以利用调整胶体自组装在优选的目标距离，以建立所需的超结构。
2019-02-07 cond-mat.soft
Empty liquid state and re-entrant phase behavior of the patchy colloids confined in the porous media
在随机多孔介质中，具有三个和四个等效块体的胶体模型在液相密度趋于零的可能性下发生重入式气液相分离。这种不寻常的行为是由强的流体-流体键合相互作用和弱的流体-基质吸引力之间的相互作用引起的。在高温下，相图的形状由流体粒子之间的吸引力相互作用决定;流体和障碍物之间的弱汤川吸引力仅略微增强流体-流体结合。在足够低的温度下，流体粒子的网络形成，相图的形状由汤川流体障碍吸引力定义。由于这种相互作用，在障碍物周围形成了一层相互结合的颗粒，并且网络变成了流体颗粒，网络中的流体颗粒由基质颗粒的空间布置限定。这些特征可能为制备具有预定不均匀颗粒分布的平衡凝胶开辟了新的可能性。
2021-12-14 cond-mat.soft
Generalized Onsager theory for strongly anisometric patchy colloids
用Onsager-van der Waals密度泛函理论研究了软“补丁”相互作用对强伸长胶体棒和扁平圆盘取向无序-有序转变的影响。该理论提供了一个通用的框架，研究液晶相行为的高度不等轴的圆柱形胶体，它携带一个独特的几何图案的排斥或吸引力的软相互作用定位在颗粒表面上。在本文中，我们应用我们的理论的情况下，带电杆和磁盘的局部静电相互作用可以描述的屏蔽库仑势。我们考虑无限薄的棒状圆柱体与均匀线电荷和无限薄dispersive圆柱体与几个明显不同的表面电荷模式。不考虑骨架形状，带电胶体的各向同性-均质相图的特征在于均质有序的一般不稳定性、两相密度区域的急剧变窄以及在减少静电屏蔽时的重入现象。在较高的粒子密度下，静电排斥导致完全抑制有利于空间非均匀液晶的有序。
2013-09-03 cond-mat.soft
The physics of Empty Liquids: from Patchy particles to Water
空液体代表了一类广泛的材料，其成分通过可逆键排列在随机网络中。关于空液体物理性质的许多关键见解，一方面几乎独立于对胶体片状颗粒的研究，另一方面则是对水的大量理论和实验研究。斑片状粒子代表了一个家庭的粗粒度的潜力，允许精确控制的几何和能量方面的结合，而水可以说是最复杂的相图的任何纯物质，和一个令人费解的无定形相行为。直到最近，这两个领域的思想交流才有可能解决长期存在的问题，并对空液体的行为有了新的认识。在这里，我们强调了片状颗粒和水之间的联系，重点是使空液体表现得像水的建模原则，包括控制热力学和动力学异常的出现，液-液相变的可能性，以及开放的晶体结构的结晶的因素。
2021-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Two-step nucleation in a binary mixture of Patchy Particles
本研究探讨了设计为成核为金刚石晶格的 patchy particles 二元混合物的两步成核过程，发现液-气亚稳态相图显著影响成核，且结晶的最强增强发生在与晶体相同化学计量组成的共沸点处。
2023-04-06 cond-mat.soft
Mobile obstacles accelerates and inhibits the bundle formation in two-patch colloidal particle
蛋白质聚集成束是许多神经退行性疾病的原因。在这项工作中，我们展示了两个补丁胶体粒子自组装成链和突然过渡到束发生通过调整补丁的大小和溶剂条件。我们研究了链，束和网络状结构的形成动力学使用补丁布朗集团动力学。我们还分析了抑制和加速这些束形成的方法。我们表明，在存在惰性的固定障碍物，动力学的形成束减慢。然而，在移动的聚集粒子的存在下，表现出粒子间的吸引力和粒子内的排斥力，束形成的动力学略有加速。我们还表明，如果我们引入移动障碍物，表现出颗粒内的吸引力和颗粒间的硬球排斥，形成束的动力学被抑制。这类似于肽P4对胰岛素纤维形成的抑制作用。我们提供了一个模型的移动障碍物进行定向相互作用，以抑制形成的束。
2019-05-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
On the possibility of extending the Nore-Frenkel generalized law of correspondent states to non-isotropic patchy interactions
胶体系统（和蛋白质溶液）的特征通常是吸引力的相互作用，其范围远小于粒径。在这种情况下，相互作用是球形的，系统服从由Noro和Frenkel首先提出的广义对应态定律（GLCS）[ J.Chem.Phys. 113，2941（2000）]。热力学性质变得对势的细节不敏感，仅取决于第二维里系数B_2和密度$ρ$的值。GLCS一般不适用于非球势的情况。在这封信中，我们建议，当粒子通过短程小角振幅斑片相互作用（因此每个斑片只有一个键的条件得到满足）时，仍然有可能将GLCS推广到接近液-气临界点。关键词：胶体，第二维里系数，蛋白质相互作用，短程吸引力。
2007-07-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Structures and dynamics of glass-forming colloidal liquids under spherical confinement
最近的理论预测，当一个过冷液体接近玻璃化转变，颗粒簇与一个特殊的“无定形秩序”的液体内成核，这导致静态相关性指示液体松弛的急剧放缓。然而，这一预测尚未在3D实验中得到验证。在这里，我们设计了一个胶体系统，其中颗粒被限制在球形空腔内，边界处钉扎着一层无定形颗粒。使用这个新的系统，我们捕获的无定形顺序的粒子团簇，并展示了静态相关的发展。此外，通过研究球形约束样品的动力学，我们揭示了静态相关性对胶体液体弛豫的深刻影响。在类比与随机钉扎粒子的玻璃形成液体，我们提出了一个简单的关系，为改变的构型熵的限制胶体液体，定量地解释了我们的实验结果，并说明了一个发散的静态长度尺度在胶体玻璃化转变。
2016-03-02 cond-mat.soft
Structure and thermodynamics of a mixture of patchy and spherical colloids: a multi-body association theory with complete reference fluid information
具有短程定向相互作用的溶剂颗粒和具有短程各向同性相互作用的溶质颗粒的混合物可以多次结合，这是理解液体和胶体混合物的基本兴趣。由于多体关联，预测这类系统的结构和热力学仍然是一个挑战。早期马歇尔和查普曼发展了一个理论，其中由于相互作用的关联效应乘以配分函数，用于参考硬球系统中的粒子聚集。多体效应被纳入到聚类过程中，在他们的工作中，在没有散装介质。然后在二阶微扰方法内近似建模本体溶剂效应。然而，他们的方法是不够的，在高密度和大的关联强度。基于这样的想法，即在一个定义的协调体积周围的溶质的溶剂的集群有关的在该定义的协调体积的占有统计，我们开发了一种方法，将完整的信息硬球集群在散装溶剂在感兴趣的密度。从增强的采样模拟，但我们也开发了一个简洁的参数形式来模拟这些概率的准化学理论的解决方案。我们表明，将完整的参考信息的结果在一个方法，可以预测的键合状态和热力学的胶体溶质的系统条件范围很广。
2016-05-20 cond-mat.soft physics.chem-ph
Designing patchy interactions to self-assemble arbitrary structures
纳米技术的基本目标之一是利用分子之间的选择性和定向相互作用来设计自组装成所需结构的粒子，从衣壳到纳米簇，再到具有目标特性（例如光学，机械等）的完全形成的晶体。在这里，我们提供了一个通用的框架，将自组装胶体晶体的反问题转化为一个布尔可满足性问题，可以找到解决方案的数值。给定一个参考结构和所需数量的组件，我们的方法产生的目标结构是一个能量最小的设计，也允许排除对应于竞争结构的解决方案。我们证明了我们的方法的有效性，通过设计模型粒子，自发成核里程碑结构，如立方金刚石，烧绿石和笼形晶格。
2020-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Domain and Stripe Formation Between Hexagonal and Square Ordered Fillings of Colloidal Particles on Periodic Pinning Substrates
利用大规模的数值模拟，我们研究了有序的胶体颗粒的方形周期性的二维松饼锡基板组成的平面与本地化的钉扎网站。我们发现，当有四个粒子每个钉扎网站，粒子采用六角排序，而五个粒子每个钉扎网站，出现一个正方形的顺序。对于每个钉扎位点的四个和五个粒子之间的填充物，我们确定了丰富多样的不同的有序制度，包括无序的晶界，晶体条纹结构，超晶格有序，无序的补丁安排。我们使用Voronoi分析，能量色散和有序的域的不同制度的特点。我们发现，我们观察到的许多边界形成功能发生在广泛的其他填料。我们的研究结果表明，可以实现与松饼锡周期性钉扎基板的晶界剪裁。
2012-11-16 cond-mat.soft
Directed assembly of tetrahedral patchy particles
Faculty of Physics and CeNS, Ludwig-Maximilian-University Munich（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学物理学院和CeNS）
研究四面体片状颗粒的定向组装问题，采用基于DNA折纸的方法，通过改变两种结合构型的相对强度，将其组装成多种结构，特定条件下形成特殊结构，笼形物结构还赋予晶体结构颜色。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
What are the microscopic events of colloidal membrane fouling?
由于表面吸附和流体动力学相互作用之间的复杂相互作用，胶体膜污染的代表性微观机制仍然没有得到很好的理解。数值模拟克服了实验的局限性，如胶体膜污染过程中微观事件的时间和空间分辨率：它们有助于更深入地了解污染过程。本研究采用耦合计算流体动力学-离散元方法（CFD-DEM）模拟研究胶体污染的机制，在微流体结构模仿多孔微滤膜。我们特别注意颗粒如何克服能量障碍，导致彼此之间以及与外部和内部膜表面的吸附和解吸。粒子间的相互作用导致从二次到一次最小的DLVO电位的过渡。被吸附的颗粒可以显示出再夹带或者它们可以向下游滑动。由于颗粒主要以簇的形式重新悬浮，因此内部孔隙的几何形状显著地影响污垢行为。研究结果允许胶体过滤过程中的微观污染事件的基本了解。该方法使未来的系统研究的相互作用的流体动力学条件和表面能的贡献所代表的潜在的软和片状胶体。
2018-03-21 cond-mat.soft physics.comp-ph
Does the configurational entropy of polydisperse particles exist?
典型的颗粒系统的特征在于连续尺寸的多分散性，如胶体材料，不能直接使用统计力学描述，因为基本问题可能来自颗粒的可分散性。由于在这样的系统中的混合熵是发散的热力学极限，我们表明，从标准的计算方法来表征玻璃态的构型熵估计也发散。这种推理表明，多分散材料不能经历玻璃化转变，这与实验相反。我们解释说，这一论点源于相空间中的配置和自由能最小值定义的状态之间的混淆，并提出了一个简单的方法来计算一个有限的和物理意义的配置熵在连续多分散系统。物理上，所提出的方法依赖于一个有效的描述系统作为一个$M^*$组件系统与有限的$M^*$，有限的混合和构型熵。我们展示了如何直接确定$M^*$从计算机模拟的玻璃形成模型的范围内具有不同的尺寸多分散性，其特征在于硬和软粒子间的相互作用，并通过添加剂和非添加剂的相互作用。我们的方法提供了一致的结果，在所有情况下，并证明了多分散系统的构型熵存在，是有限的，可以定量估计。
2017-01-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium self-organization of colloidal particles on substrates: adsorption, relaxation, and annealing
胶体颗粒被认为是生产具有增强物理性能的材料的理想构建块。用于合成这些颗粒的最先进技术提供了对相互作用的形状、大小和方向性的控制。尽管取得了这些进展，但在各个组成部分的综合与对其自发组织的管理之间仍然存在巨大差距。主要的挑战是对自组织动力学的控制。在其朝向化学稳定结构的动力学路线中，胶体颗粒自组织成比单个颗粒大得多的中间（介观）结构，并成为动力学的相关单元。为了跟踪动力学并识别动力学捕获结构，需要开发新的理论和数值工具。在这里，我们讨论的自组织功能化胶体（也称为斑片状胶体）的吸引力基板。我们回顾了我们最近的吸附和弛豫的结果，并探讨了使用退火循环来克服动力学障碍，并推动弛豫向目标结构。
2016-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structure and phase behavior of polymer-linked colloidal gels
低密度的“平衡”凝胶由胶体颗粒的分散的、动力学停滞的网络组成，并且对老化有弹性，可以通过限制在胶体之间形成的有效键的数量来制造。化合价受限的片状颗粒长期以来一直作为此类材料的一个原型实例，但平衡凝胶也可以通过合成上更简单且可扩展的策略来实现，该策略引入二级连接体，例如小的双配位分子，以介导胶体之间的键。在这里，我们考虑的情况下，ditopic连接分子是低分子量的聚合物和演示使用模型胶体-聚合物混合物如何宏观性能，如相行为以及凝胶的微观结构可以通过聚合物的分子量和浓度来设计。平衡凝胶形成的低密度窗口有利地使用较长的连接体扩展，同时必然增加所有胶体之间的间距。然而，我们表明，具有不同尺寸的连接体的共混物，使更广泛的变化，在微观结构为一个给定的目标相行为。我们的计算研究提出了一个强大的和可调的策略，实验实现平衡胶体凝胶。
2019-07-10 cond-mat.soft
Brownian cluster dynamics with short range patchy interactions. Its application to polymers and step-growth polymerization
我们提出了一种新的模拟技术，来自布朗集团动力学迄今为止用于研究各向同性胶体聚集。它现在实现了经典的Kern-Frenkel势来描述粒子之间的斑块相互作用。这种技术可以访问系统的静态属性，动态和动力学，甚至远离平衡。粒子的热运动建模使用数十亿个独立的小的随机平移和旋转，被排除的体积和连接的约束。该算法，适用于一个单一的聚合物链导致正确的静态和动态特性，在框架中，流体动力学相互作用被忽略。通过改变贴片角，可以获得不同的链柔性。我们已经使用这种新的算法来模拟各种溶剂质量下的逐步增长聚合。聚合反应是由补丁之间的不可逆聚集建模，而各向同性的有限方阱电位叠加，以模仿溶剂的质量。在不良溶剂条件下，发生相分离（由于各向同性相互作用）和聚合（由于斑块）之间的竞争。令人惊讶的是，一个结构非常奇特的被捕网络出现了。它由线和节点组成。链聚集了一些伸展的链，这些链陷入纠缠的球形节点。这些节点充当股之间的网状点。该系统是动力学驱动的，我们观察到一个被困逮捕的结构。这证明了这种新的模拟技术的优势之一。它可以提供有价值的见解机制，可能参与形成的链凝胶。
2014-04-15 cond-mat.soft
On the selective formation of cubic tetrastack crystals from tetravalent patchy particles
本研究针对胶体粒子构建目标开放光子晶格的需求，发现四价斑片状粒子自组装可选择性形成立方tetrastack晶体，且外场强度可调控其外延生长机制，提升晶体有序度并实现厚结晶膜生长。
2024-05-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Brush-mediated angular constraints reshape structure, rigidity, and percolation in colloidal depletion gels
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Northeastern University（东北大学）
研究通过降低表面接枝聚合物刷密度，引入非中心力，改变胶体凝胶的结构和机械特性，提升弹性模量。
2026-03-13 cond-mat.soft
Dynamic Regimes for Driven Colloidal Particles on a Periodic Substrate at Commensurate and Incommensurate Fillings
我们研究胶体颗粒驱动周期性松饼锡基板使用数值模拟。在没有驱动力的情况下，该系统表现出丰富多样的相称和不相称的静态相，其中拓扑缺陷可以形成畴壁，有序条纹，超晶格和无序补丁制度作为填充分数的函数。当施加外部驱动时，这些不同的静态相位产生不同的动态响应。在无公度填充物处，流动通常以与拓扑缺陷结构的运动相关的局部脉冲或孤子的形式发生。我们还发现与速度力曲线的变化，拓扑缺陷安排的结构转变，以及速度分布和粒子轨迹的修改相关联的不同类型的移动状态之间的动态过渡。我们发现，有序和无序流动之间的动态转换表现出滞后，而在强无序制度没有滞后和速度力曲线是光滑的。当存在条纹图案时，可以沿着条纹方向而不是沿着驱动方向发生传输。结构动态转变也可以发生在钉扎制度时，所施加的驱动器导致扭曲的纵向钉扎的粒子，而钉扎网站捕获的粒子保持不动。
2013-06-07 cond-mat.soft
Self-assembly mechanism in colloids: perspectives from Statistical Physics
受最近胶体粒子化学合成的实验结果的启发，我们在生物系统中发生的自组装过程（例如蛋白质折叠）和材料科学领域中新的令人兴奋的可能性之间进行类比。我们考虑了一个自组装过程，其基本构件是各种类型的装饰斑片状胶体，自发地驱动系统向一个独特的和预定的目标宏观结构。为此，我们讨论了一个简单的理论模型-Kern-Frenkel模型-描述了一个流体的胶体球形颗粒与一个预定义的数量和分布在其表面上的疏溶剂和亲溶剂区域。疏溶剂和亲溶剂区域分别用短程方阱势和硬球势描述。积分方程和微扰理论提出讨论的结构和结晶性质，特别强调在温度-密度平面的流体-流体（或气体-液体）的过渡的计算。该模型允许描述一个和两个有吸引力的帽子，作为覆盖的有吸引力的表面的分数的函数，从而在改变覆盖范围时在方井和硬球流体之间插值。通过与蒙特卡罗模拟的比较，我们评估的优点和缺点的积分方程和微扰理论在目前的背景下，片状胶体，其中的计算工作的数值模拟是相当苛刻的。
2012-07-24 cond-mat.soft
Dynamics in the presence of attractive patchy interactions
我们报告了广泛的蒙特卡罗和事件驱动的分子动力学模拟的液体组成的粒子相互作用通过硬球相互作用补充的四个四面体协调的短程吸引（“粘”）点，一个模型介绍了几年前由Kolafa和Neidenda [J. Kolafa和I.内格罗尔达山161，87（1987）]。要访问的模型的动力学特性，我们引入并实现了一个新的事件驱动的分子动力学算法，适合于研究的演变的刚体相互作用，旁边的排斥硬核，与短程间补丁方势阱。我们评估的热力学性质的模型在深过冷状态下，键网络是充分发展，密度异常的证据。我们表明，不同于球对称相互作用粒子的模型，在一个很宽的区域内的包装分数的液体可以过冷，而不会遇到气液旋节线。特别是，我们建议，有一个最佳的包装分数（不是很不同的六角形冰包装分数），在该键四面体网络充分发展。我们发现的动态异常网络形成液体的特点的证据。事实上，在最佳网络填充周围，动态都取决于增加和减少填充分数。最后，我们确定了等扩散系数线在填充分数-温度平面上的形状，并建立了模型相图中动态停滞线的形状。结果进行了讨论，在连接到胶态分散体的粘性颗粒和凝胶形成蛋白质和它们的能力，形成动态逮捕状态。
2005-11-04 cond-mat.soft
Localized elasticity governs the nonlinear rheology of colloidal supercooled liquids
我们提出了一个理解具有软排斥势的过冷液体非线性流变学的微观图像。基于布朗动力学模拟的过冷电荷稳定胶体悬浮液，我们的分析表明，在足够大的剪切速率（sr）下，粘度（eta）的剪切变稀（表示为eta~sr^（-lambda））源于局域弹性区（LER）的演化。LER是由参考粒子的前几个配位壳层组成的瞬态区域。为了响应外部剪切，LER内的颗粒在LER屈服之前经历近仿射位移。LER的特征应变（gamma）和尺寸（xi）分别由gamma~sr^（-nu）和xi~sr^（-nu）决定。三个指数lambda、nu和nu通过lambda=1-nu =4*nu相关。这个简单的关系将非线性流变学与系统的弹性性质和微观构型畸变联系起来。LER的弛豫是通过沿剪切几何形状的延伸方向的大步长非仿射颗粒位移来促进的，步长为0.4颗粒直径。流动中LER的弹性形变和松弛是普遍存在的，是控制体非线性粘弹性的基本过程。我们应用这个模型来分析剪切电荷稳定的胶体悬浮液的流变小角中子散射数据。可以看出，我们的模型很好地解释了中子能谱和流变数据。
2022-09-23 cond-mat.soft
Phase diagram of two-patch colloids with competing anisotropic and isotropic interactions
片状颗粒被认为是蛋白质聚集的一个很好的模型。计算了两块胶体粒子在各向同性势作用下的凝聚平衡相图。这项研究表明，根据各向同性和各向异性势的相对强度，不同的相共存，如无序的簇，链，晶体和束，这些相也报告了葡萄糖异构酶蛋白。我们还表明，形成网络的束是亚稳态对形成的结晶有利的有限尺寸的束，这也是亚稳态的结晶稳定的晶体。这些纤维束似乎是螺旋状的结构，类似于在镰状细胞血红蛋白中观察到的结构。
2019-05-04 cond-mat.soft
Colloid-Induced Polymer Compression
我们考虑一个模型混合物的硬胶体球和非吸附聚合物链在θ溶剂。聚合物组分被建模为有效球体的多分散混合物，相互不相互作用但被排除在胶体之外，其半径可以自由调整以允许胶体诱导的压缩。我们调查的本体流体分层行为，该模型系统使用基于几何的密度泛函理论，其中包括聚合物的尺寸多分散性和构型自由能，从精确的半径的回转分布的理想（随机行走）链。自由能通过最小化相对于聚合物尺寸分布的自由能泛函来计算。随着胶体浓度和聚合物与胶体尺寸比的增加，发现胶体限制越来越多地压缩聚合物。相应地，与不可压缩的聚合物双节相比，分层流体双节转移到富含胶体的分支上的更高的聚合物密度，从而稳定混合相。
2003-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Annealing cycles and the self-organization of functionalized colloids
功能化（补丁）粒子与定向相互作用到目标结构的自组装仍然是一个挑战，尽管他们的合成显着的实验进展。自组装途径的典型特征在于阻碍进入稳定（平衡）结构的高能量势垒。应对这一挑战的一种可能策略是执行退火循环。通过周期性地打开和关闭颗粒间键，人们期望平滑动力学路径并有利于目标结构的组装。初步结果表明，退火循环的效率在很大程度上取决于它们的频率。在这里，我们研究如何与方向相互作用的强度（大小的补丁$σ$）的频率依赖性的规模。我们使用分析参数表明，缩放结果从随机游走在配置空间的统计。
2017-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Aggregation kinetics of irreversible patches coupled with reversible isotropic interaction leading to chains, bundles and globules
在本研究中，我们进行模拟的简单模型的两个补丁胶体粒子进行不可逆的扩散限制集群聚集使用补丁布朗集群动力学。除了斑块的不可逆聚集，通过Kern-Frenkel势的各向同性可逆聚集的球体耦合。由于各向异性势和各向同性势的存在，我们还定义了3种不同类型的团簇，这些团簇是由各向异性势和各向同性势以及两种势一起形成的。我们已经调查了补丁的大小对自组装在不同的溶剂质量为各种体积分数的影响。我们将表明，在低体积分数在聚集过程中，我们最终在一个链构象较小的补丁大小，而在一个球状构象较大的补丁大小。我们还观察到一个链束转换取决于链之间的吸引力的相互作用强度，或者换句话说，取决于溶剂的质量。我们还将表明，捆绑过程是非常相似的成核和生长现象中观察到的胶体系统与短程吸引力。我们还研究了该系统的键角分布，其中小补丁只有2个角度更可能表明链的形成，而在非常低的体积分数捆绑的尾部是发达国家的分布。而对于较高的补丁角的情况下，这种分布是广泛的，与低补丁角的情况下，表明我们有一个更球状的构象。我们还提出了一个模型的形成束这是类似于淀粉样纤维使用两个补丁胶体颗粒。
2017-09-27 cond-mat.soft
Phase behavior of repulsive polymer-tethered colloids
我们报告分子动力学模拟的排斥，聚合物栓系胶体粒子系统。我们使用一个明确的聚合物模型来探索聚合物的长度和行为（理想的或自避免的）如何影响粒子的能力，以组织成有序的结构时，系统被压缩到中等体积分数。我们发现了各种不同的阶段，其起源可以解释的聚合物和胶体的构型熵。最后，我们讨论和比较我们的结果，为类似的系统，使用简化的粗粒度聚合物模型，并设置其适用性的限制。
2010-01-21 cond-mat.soft
