Multivalent ion effects on electrostatic stability of virus-like nano-shells
带电的病毒样纳米壳的静电性能和稳定性进行了检查在离子溶液中与单价和多价离子。一个理论模型的基础上薄带电球壳和多价离子内的“穿着多价离子”近似，产生其分布在整个外壳和相应的静电（渗透）压力作用在外壳上，进行了比较与广泛的隐式蒙特卡罗模拟。它被发现是准确的正或低负表面电荷密度的壳和足够高（低）的单价（多价）盐浓度。涉及静电压力的相图呈现正的和负的值，分别对应于壳上的向外和向内的力。这为病毒壳稳定性和病毒衣壳壳在离子环境中的自组装的高灵敏度提供了解释。
2013-09-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ionic current inversion in pressure-driven polymer translocation through nanopores
我们预测流动电流反转与多价抗衡离子在流体动力学驱动的聚合物易位事件从相关校正的电荷传输理论，包括平均场静电周围的电荷波动。在多价反离子存在下，静电多体效应导致DNA电荷的反转。阴离子对电荷反转的DNA分子的吸引使通过孔的离子电流的符号反转。我们的理论允许一个全面的理解所产生的流动电流的复杂功能。其潜在机制是一种有效的方法来检测DNA电荷反转的压力驱动易位实验与多价阳离子。
2015-02-01 cond-mat.soft
Charged surface in salty water with multivalent ions: Giant inversion of charge
被认为是带相反电荷的胶体颗粒，胶束，或短的聚电解质的强电荷的大离子的筛选。由于强的横向排斥，这样的多价抗衡离子在大离子的表面形成强关联液体。该液体提供多价抗衡离子对大离子表面的相关诱导吸引。因此，即使溶液中中等浓度的多价抗衡离子也会使净大离子电荷的符号反转。我们发现，在高浓度的一价盐的反转电荷的绝对值可以大于裸的。这种巨大的电荷反转可以在电泳中观察到。
1999-12-27 cond-mat.soft
Binding effects in multivalent Gibbs-Donnan equilibrium
经典的吉布斯-唐南平衡描述了与嵌入电解质溶液中的受限胶体电荷相关的过量渗透压。在这项工作中，我们扩展这种方法来描述多价离子结合的平衡力的影响，作用于带电杆易位之间的两个隔间，从而模仿在体外从噬菌体DNA弹射力平衡的离子效应。Gibbs-Donnan平衡和吸附平衡之间的微妙的相互作用，导致一个非单调变化的喷射力作为多价盐浓度的增加，在定性与实验观察。
2005-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Screening of a macroion by multivalent ions: Correlation induced inversion of charge
被认为是一个强电荷的大离子的多价抗衡离子的屏蔽。结果表明，抗衡离子在大离子表面形成强关联液体。这种液体的内聚能导致了反离子对表面的额外吸引力，这在泊松-玻尔兹曼方程的常规解中是不存在的。远离表面，这种吸引力可以考虑由一个新的边界条件的浓度的反离子的表面附近。用此边界条件求解了带电平面、圆柱体和球体的Poisson-Boltzmann方程。在所有这三种情况下，筛查都比传统方法强得多。当溶液中多价反离子的浓度达到临界指数级时，它们会完全中和距离表面很小距离处的表面电荷。在更大的浓度下，它们反转净大离子电荷的符号。反转电荷密度的绝对值可达裸电荷密度的20%。特别是，对于一个圆柱形的宏离子，它表明，筛选多价抗衡离子的Onsager-Manning理论的预测是定量不正确的。圆柱体的净电荷密度小于他们的理论预测，并且随着反离子浓度的增加而反转。此外，凝聚失去了普遍性，净电荷线密度依赖于裸电荷线密度。
1999-07-23 cond-mat.soft
Why is the condensed phase of DNA preferred at higher temperature? DNA compaction in the presence of a multivalent cation
当加入多价阳离子时，一个巨大的DNA链表现出从伸长的螺旋到折叠的紧凑状态的大的离散转变。我们在四价阳离子（精胺）的存在下，在各种温度和单价盐浓度下进行长DNA的单链观察。我们证实，在较高的温度和较低的一价盐浓度下，紧凑的状态是优选的。这一结果被解释为由于高价和低价离子之间的离子交换，小离子的净平移熵增加。
2004-11-01 cond-mat.soft
The reentrant condensation of polyelectrolytes induced by diluted multivalent salts: A mean-field level revisiting
本文构建平均场模型解释多价盐稀溶液中聚电解质的重入凝聚，指出离子吸附、共享盐离子的耦合能极小值及疏水不相容性是相变关键。
2024-05-10 cond-mat.soft
Chiral Structure of F-actin Bundle Formed by Multivalent Counterions?
利用粗粒模型和分子动力学模拟研究了多价反离子诱导丝状肌动蛋白（F-actin）成束的机制。模型考虑了肌动蛋白的真实直径、螺旋有序电荷分布和扭曲刚度。详细研究了多价反离子诱导的平行F-肌动蛋白间的吸引作用，发现最大吸引力发生在它们最近的带电区域之间。模型F-肌动蛋白由于同电荷吸引而聚集并形成紧密排列的束。反离子主要分布在纤维束内相邻F-肌动蛋白之间的最靠西的间隙中，相邻三个F-肌动蛋白之间的通道对应于低密度的反离子。抗衡离子的密度周期性地变化，其波长与沿着肌动蛋白聚合物的连续G-肌动蛋白单体之间的分离相当。观察到长寿命的缺陷在六方排列的F-肌动蛋白的束中，它们的数量随着束的尺寸增加而增加。静电相互作用和扭转刚度的组合已被发现不改变的F-肌动蛋白螺旋构象的对称性从天然的13/6对称性。计算了六方有序模型F-肌动蛋白的零温能量，其中抗衡离子的电荷分布为代表抗衡电荷密度波的电荷畴列，表明与六方晶格相称的螺旋对称性对应于系统能量的局部极小值。能量的全局最小值对应于24/11对称性，其中电荷畴列布置在相邻F-肌动蛋白之间的最远间隙中。
2012-02-29 cond-mat.soft
Titratable Macroions in Multivalent Electrolyte Solutions: Strong Coupling Dressed Ion Approach
我们提出了一个理论描述的多价离子之间的相互作用的可滴定的宏离子的效果。该模型系统由两个点状的宏观离子与解离网站，沉浸在一价和多价盐的不对称离子混合物。我们制定了一个{ \em缀饰离子强耦合理论}的基础上，分解的不对称离子混合物成一个弱静电耦合的单价盐，并成为多价离子，强静电耦合到可滴定的宏离子。大离子的电荷不被认为是固定的，而是允许通过简单的{ \em电荷调节}模型对局部浴液参数（静电势、溶液的$pH$、盐浓度）作出响应。提出的方法，产生一个有效的多价离子介导的相互作用之间的电荷调节的宏离子在各种溶液条件下，描述了强耦合等效的柯克伍德-舒梅克相互作用。
2016-04-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Simple Model for Attraction between Like-Charged Polyions
我们提出了一个简单的模型的外观之间的吸引力的可能机制，像带电的聚离子内的一个无水溶液。发现这种吸引是短程的，并且只存在于多价反离子的存在下。吸引力是由每个聚离子周围的反离子凝聚层中的相关性产生的，并且只有当凝聚的反离子的数量超过阈值$ n > Z/2 α$时才会出现，其中$α$是反离子的价态，$Z$是聚离子的电荷。
1999-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rodlike counterions at heterogeneously charged surfaces
我们研究了棒状抗衡离子（如移动纳米棒）的空间和取向分布，以及由它们介导的两个平面平行的表面，携带固定（淬灭）异质电荷分布之间的有效相互作用。棒状抗衡离子被假定为具有内部电荷分布，指定的多价单极矩和有限的四极矩，淬火表面电荷被假定为随机分布的两个表面上的平均值和方差相等。虽然在传统的平均场论中，相等电荷的表面被认为是排斥的，但是多价反离子的存在已经被证明会导致均匀电荷表面之间的吸引力相互作用，这是由于强静电耦合的普遍存在，这种静电耦合随着反价迅速增长。我们表明，由于静电相关（由平均表面场和多价，单极，电荷价的反离子之间的耦合所造成的）以及无序诱导的相互作用（由表面无序场和反离子的四极矩之间的耦合所造成的）的综合效应导致更强的吸引力之间的相互作用两个随机带电表面。的相互作用的配置文件原来是一个非单调函数的界面分离，显示在相对较小的分离，其中随后的吸引力可以超过最大的强耦合吸引力（由均匀带电的表面之间的多价单极抗衡离子）超过一个数量级的吸引力最小。
2018-09-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Strong coupling electrostatics for randomly charged surfaces: Antifragility and effective interactions
我们研究了介导的有效相互作用的强耦合库仑流体介导的电介质表面之间进行淬火，随机单极电荷具有相等的平均值和方差，无论是当库仑流体只由移动的多价反离子，当它由一个不对称的离子混合物含有多价和一价（盐）离子平衡与含水散装水库。我们分析的后果，遵循从表面电荷紊乱，介电和盐的图像效果之间的相互作用，和强的静电耦合，结果从多价抗衡离子的分布，这些离子和有效的相互作用压力，他们之间的表面调解。在一个介电均匀的系统中，我们表明，多价抗衡离子被吸引到一个奇异的，无序引起的潜在的表面上的方法，发散的表面，创建一个奇异的抗衡密度分布与代数发散的表面。这种效应驱使系统进入一种较低的热“无序”状态，这种状态可以用重整化温度来描述，因此表现出显着的反脆弱性。作用在表面上的相互作用压力通常显示出高度非单调的行为，作为表面间分离的函数，在小到中等分离处具有突出的吸引力。这种吸引力是直接由电荷无序和多价抗衡离子的强耦合静电的组合效应引起的，即使相对于平均表面电荷具有较小程度的表面电荷无序，这也可以是相当显著的。强耦合，无序诱导的吸引力通常远强于表面之间的范德华相互作用，特别是在几纳米的范围内的表面间分离。
2014-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding long-range opposite charge repulsion in multivalent salt solutions
本研究应用修正的高斯重整化涨落理论，揭示了多价盐溶液中异号电荷表面间长程排斥力源于离子关联导致的渗透压升高与静电屏蔽增强，且该排斥力与表面过充电无因果关系。
2024-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Wettability Modulated Charge Inversion and Ionic Transport in Nanofuidic Channels
我们揭示了基底润湿性的作用，在多价离子存在下，在纳米通道中的界面电荷分布的符号上的反转。在鲜明对比的流行观念，疏水相互作用可能平凡地增加有效的表面电荷，我们表明，表面疏水性和界面静电之间的相互作用可能会导致在有效的界面电位的降低，以及随之而来的电荷反转超过制度的低表面电荷。我们还表明，这种现象，在串联与界面流体动力学可能会导致非平凡的增强或衰减，甚至逆转的净流动电流，这取决于相关的物理尺度。这些结果，支持分子动力学模拟和实验数据，可能承担深远的影响，在理解复杂的生物物理过程和设计涉及多价抗衡离子的纳米流体设备和系统。
2015-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Dukhin number as a scaling parameter for selectivity in the infinitely long nanopore limit: extension to multivalent electrolytes
纳米器件行为的缩放意味着器件功能（在这项工作中的选择性）是缩放参数的唯一函数，该缩放参数是器件参数的适当组合。虽然nanopores促进运输的离子通过膜的有限长度，如果孔是长的孔半径相比，我们处理一个重要的限制情况下，无限长的纳米孔（纳米管）。虽然在我们以前的研究中（Sarkadi等人，J. Chem.Phys.154（2021）154704.）我们证明了Dukhin数是1：1电解质的纳米管极限中的一个合适的标度参数，在这项工作中，我们从第一性原理的基础上Poisson-Boltzmann（PB）理论得到的Dukhin数，并推广到含有多价离子的电解质以及。我们表明，巨正则蒙特卡罗模拟的带电硬球在隐式溶剂得到的结果是类似的PB理论与偏差的后果，离子相关性（包括有限大小的离子）超出平均场水平的PB理论。例如，当在2：2和3：1电解质中存在电荷反转时，发生这种偏差。
2022-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interactions between polyelectrolytes mediated by ordering and orientation of multivalent non-spherical ions in salt solutions
本研究通过粗粒化分子动力学模拟揭示多价非球形离子的形状、浓度及取向有序性如何调控同电荷聚电解质间的吸引作用。
2022-10-10 cond-mat.soft
Interactions between Charged Particles with bathing Multivalent Counterions: Experiments {\it vs} Dressed Ion Theory
我们比较最近的实验测量带电胶体粒子之间的力，以及它们的有效表面电位（表面电荷）在存在多价抗衡离子在洗澡的单价盐溶液中，与强带电胶体系统的缀饰离子理论的预测。比较的基准是由DLVO理论提供的，并且在小的分离处与其预测的偏差被认为是可以由额外的唯象指数项拟合的额外的非DLVO吸引力的指示。表征该非DLVO指数项的参数以及由修饰离子理论预测的有效势对反离子浓度和价态的依赖性都在实验值范围内。这表明与DLVO理论的偏差可能是由修饰离子理论中形式化的离子相关性引起的。
2017-03-29 cond-mat.soft
DNA like$-$charge attraction and overcharging by divalent counterions in the presence of divalent co$-$ions
DNA体系的强关联静电引起了许多研究小组的兴趣，特别是多价抗衡离子对DNA的凝聚和过充电。通过添加不同价态和形状的抗衡离子，可以增强或减少DNA过充电。在本文中，我们专注于多价共离子，特别是二价共离子，如SO $_4^{2-}$的效果。用Monte $-$ Carlo方法在巨正则系综下进行了DNA凝聚的计算实验，实验中DNA体系与含有不同价态共离子的盐的混合溶液处于平衡状态.与纯一价共离子体系相比，二价共离子的影响表现在多个方面。二价共离子导致DNA缩合物中单价盐的增加。由于一价盐主要参与体系中静电相互作用的线性屏蔽，更多的一价盐分子进入凝聚体导致屏蔽出短程DNA $-$ DNA类电荷吸引和较弱的DNA凝聚自由能。在二价共$-$离子的存在下，多价抗衡离子对DNA的过充电也减少。与没有二价共离子的情况相比，DNA和二价共离子之间以及二价共离子本身之间的强排斥导致DNA表面附近的负离子的{ \em耗尽}。在大距离下，DNA与$-$的排斥作用在二价co $-$离子存在下更强，说明二价co $-$离子的作用不仅仅是简单的线性屏蔽作用更强。
2017-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Elasticity and mechanical instability of charged lipid bilayers in ionic solutions
我们使用粗粒度的蒙特卡罗模拟来研究一价和五价反离子溶液中带电膜的弹性性质。两种情况下的仿真结果显示出相反的趋势。抗弯刚度和投影面积的增加与膜电荷密度为单价抗衡离子，而五价离子的减少。这些观察结果可能与脂质电荷的计数器筛选有关。而单价抗衡离子仅弱屏蔽库仑相互作用，这意味着排斥库仑系统，多价抗衡离子凝聚在膜上，并通过空间电荷相关性，使有效的相互作用，由于带电的脂质吸引。在一价和多价反溶液中的带电膜的弹性性质的差异反映在导致它们在高电荷密度下的机械不稳定性的机制中。在前一种情况下，膜开发孔，以减轻静电拉伸应力，而在后一种情况下，膜表现出大的波长弯曲不稳定性。
2014-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Like-charge attraction at the nanoscale: ground-state correlations and water destructuring
由离子相关性驱动的类电荷吸引挑战了我们对软物质和硬物质静电学的理解。对于两个带电平面限制反离子和水，我们证明，即使在相对较低的相关强度，相关的物理是基态之一，无视的波动。在此基础上，我们得到了一个简单而准确的相互作用压力，满足已知的确切要求，可以用作有效势。我们测试这个方程对隐式溶剂蒙特卡罗模拟和对水泥和几种类型的粘土的显式溶剂模拟。我们认为，纳米限制下的水解构大大减少介电屏蔽，增强离子相关性。因此，我们的状态方程在减少介电常数解释了异国情调的吸引力制度报告这些材料，即使在没有多价抗衡离子。
2022-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ionic Size Effects on the Poisson-Boltzmann Theory
在本文中，我们发展了一个简单的理论来研究离子尺寸对带电球形粒子周围离子分布的影响。我们包括一个修正的定期泊松-玻尔兹曼方程，以考虑到在平均场制度的离子的大小。结果进行了比较与蒙特卡罗模拟和密度泛函理论的基础上的基本措施的方法和二阶体积膨胀占静电相关性。该协议是非常好的，即使是多价离子。我们的研究结果表明，该理论可以应用于具有高有效离子半径和低浓度的离子，与电解质溶液中的胶体或纳米颗粒相互作用的描述具有非常好的精度。
2017-08-29 cond-mat.soft
Bridging-induced microphase separation: photobleaching experiments, chromatin domains, and the need for active reactions
我们审查的机制和后果的“桥接诱导的吸引力”，一个通用的生物物理学原则，支持一些现有的模型染色体组织在3-D。这种吸引力，这是在聚合物物理启发的计算机模拟中发现的，是多价染色质结合蛋白中出现的一种通用聚类趋势，它通过微相分离为核体和转录工厂的生物起源提供了解释。包括涉及这些多价蛋白质的翻译后修饰反应可以解释随后的簇的快速动力学，如通过显微镜和光漂白实验所观察到的。在模拟中发现的簇也产生染色质结构域，其与HiC实验中A/B隔室的观察结果一致。
2020-10-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Ionic correlations at the nanoscale: inversion of selectivity in a bio-nanochannel
在这里，我们表明，结合模拟和理论研究，典型的多价离子的静电相关性可以扭转生物纳米通道的选择性。我们的研究结果为一种新的实验观察到的现象提供了一种物理机制，即细菌孔蛋白（E。Coli OmpF）。此外，这种现象的驱动力和其他类似的纳米和微米尺度的电动效应（如二氧化硅纳米通道中的流动电流的反转）之间的差异和相似之处进行了探讨。
2010-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Schwinger-Dyson equations for composite electrolytes governed by mixed electrostatic couplings strengths
静电Schwinger-Dyson方程推导和求解的电解质混合物组成的单和多价离子局限于一个带负电荷的纳米缝。封闭这些方程是基于不对称处理的离子物种相对于其静电耦合强度;弱耦合的单价离子内的高斯近似处理，而高耦合强度的多价抗衡离子与强耦合的方法。由此产生的自洽形式主义明确包括多价抗衡离子与单价盐的相互作用。在高度带电的膜，其特征在于一个明显的多价反吸附，这些相互作用接管盐膜电荷耦合。因此，负膜电荷的增加将更多的盐阴离子带入孔隙中，并将盐阳离子从孔隙排除到储层中。相应的同电荷吸引和相反电荷排斥效应被放大的孔隙限制，但抑制盐添加到水库。该效应在高介电膜中特别显著，其中吸引极化力导致膜壁处的致密多价阳离子层。这些阳离子层充当有效的表面正电荷，即使在中性膜壁的情况下，也会导致完全一价阳离子排斥和强烈的阴离子过量。
2019-11-15 cond-mat.soft
Attraction and ionic correlations between charged stiff polyelectrolytes
我们使用分子动力学模拟来研究吸引力的相互作用和潜在的离子之间的相关性平行的带电杆在没有额外的盐。对于一个通用的散装系统的杆，我们确定了减少短程排斥的负渗透系数的起源。抗衡离子显示出一个弱的三维秩序的吸引力制度的迹象，只有一次棒施加的电荷不均匀性被划分出来。我们还处理的情况下，吸引力的一对杆的几个选定的线电荷密度和杆半径。测量的个人贡献之间的密切杆的力作为一个函数的Bjerrum长度进行了研究。我们发现，即使在足够高的Bjerrum长度的总力总是吸引力，静电的贡献，最终可以成为排斥。我们还测量了方位角和纵向关联函数来回答这个问题如何凝聚离子分布相对于彼此和相邻的棒。例如，我们表明，普遍的相互联锁离子的图像是定性正确的，即使修改由于热波动通常是强大的。
2002-06-10 cond-mat.soft
Non-specific binding of Na$^+$ and Mg$^{2+}$ to RNA determined by force spectroscopy methods
RNA双链体的稳定性强烈依赖于离子条件，并且在细胞内RNA暴露于单价和多价离子。尽管最近的进展，我们没有一般的方法来定量说明单价和多价离子对RNA稳定性的影响，和二级结构预测的热力学参数仅在1 M [Na $^+$ ]。在这里，通过机械展开和折叠的20 bp的RNA发夹使用光镊，我们研究了RNA的热力学和动力学在不同的单价和混合单价/镁$^{2+}$盐条件。我们测量的展开和折叠断裂力，并应用Kramers理论提取准确的信息发夹自由能景观在广泛的离子条件下的张力。我们获得了非特异性的修正的RNA发夹形成的自由能和测量的距离的过渡态的折叠状态的变化与力和离子强度。我们通过实验验证了紧束缚离子模型，并获得了ssRNA的持续长度值。最后，我们测试了近似规则，通过该规则，对于小分子构建体，在给定浓度下二价阳离子的非特异性结合亲和力等于在该浓度的100倍下的单价阳离子的非特异性结合亲和力。
2012-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Interfacial solvation explains attraction between like-charged objects in aqueous solution
在过去的几十年里，实验文献一直报道了溶液中带相同电荷的胶体颗粒和大分子之间的吸引力。实例包括本体溶液中和约束下的核酸和胶体颗粒，以及生物液-液相分离。这一观察结果与粒子间斥力随距离单调衰减的直觉预期不符。虽然在强耦合体系中，带电粒子之间的吸引力在理论上是合理的，例如，在存在多价反离子的情况下，但在含有低离子强度的单价离子的水溶液中，长程吸引力的反复出现的账户已经提出了一个公开的难题。在这里，我们表明，分子水在界面上的行为-传统上被忽视的连续静电的图片，提供了一种机制来解释之间的吸引力在一个广泛的实验带电荷的物体。这一基本原则将有重要的影响，在不断寻求更好地了解分子间相互作用的解决方案。
2019-11-11 cond-mat.soft
Charged Plate in Asymmetric Electrolytes: One-loop Renormalization of Surface Charge Density and Debye Length due to Ionic Correlations
用自洽场论研究了$m:-n$电解质中带电平板附近的平均电势。建立了一个以$g = 4 πb/\ell_{\rm {\scriptscriptstyle DB}}$表示的微扰级数，其中$b, \ell_{\rm{\scriptscriptstyle DB}}$分别是Bjerrum长度和{ \em裸}德拜长度.到零阶，我们得到非线性Poisson-Boltzmann理论。对于不对称电解质（$m \neq n$），平均电势的一阶（单回路）校正包含一个{ \em长期项}，这表明常规微扰方法的失败。利用重整化群变换（RG），我们去掉了久期项，得到了具有{ \em a重整化德拜长度}和{ \em a重整化表面电荷密度}的全局行为良好的单圈近似.此外，我们发现，如果反离子是多价的，表面电荷密度重整化基本上{ \em向下}，并可能会经历一个符号的变化，如果裸露的表面电荷密度是足够大的。
2016-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Asymmetric Coulomb fluids at randomly charged dielectric interfaces: Anti-fragility, overcharging and charge inversion
我们研究多价抗衡离子旁边的电介质板的分布，承载淬火，随机分布的电荷在其溶液界面之一，具有给定的平均值和方差，无论是在存在和不存在的洗澡单价盐溶液。我们使用以前推导的方法的基础上，打扮多价离子理论，结合方面的强和弱耦合的多价和单价离子在一个单一的框架。淬灭电荷无序的存在下的电介质板的带电表面上示出，以大大增加在其附近的多价抗衡离子的密度。在反离子模型中（没有单价盐离子），表面无序产生额外的对数吸引势，从而在表面产生代数奇异的反离子密度分布。这种行为在单价盐浴的存在下也持续存在，并导致严重违反接触值定理，反映了无序的反脆弱性效应，使系统趋向更有序的状态。在存在界面介电不连续性的情况下，耗尽表面处的反电荷层，电荷无序仍然在远离表面处产生大大增强的反电荷密度。同样地，当表面携带淬灭的电荷无序时，表面的电荷反转和/或过充电发生得更强烈，并且在多价抗衡离子的体积浓度更小时。总体而言，淬火的表面电荷无序的存在下，导致相当大的影响，在分布的多价抗衡离子在一个广泛的范围内的现实参数，通常在几个纳米的距离从带电表面。
2014-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Learning classical density functionals for ionic fluids
本文将机器学习cDFT方法从短程作用体系扩展到离子流体，利用神经网络学习局部直接相关函数与密度分布关系，并以平均场方式处理长程相互作用，成功准确描述了电解质溶液和离子液体的结构与热力学性质。
2025-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Colloidal Electrostatic Interactions Near a Conducting Surface
分散在去离子水中的电荷稳定的胶体球应该彼此排斥。相反，人工校正的视频显微镜测量揭示了一个异常的长程电荷吸引力在粒子间对电位时，球被限制在一个层，即使是一个单一的带电玻璃表面。在低离子强度下，这些吸引力可以被静电排斥所掩盖。用导电金层涂覆边界表面抑制了吸引力。这些观察结果表明，一个可能的机制，限制诱导的吸引力。
2006-05-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Local molecular field theory for effective attractions between like charged objects in systems with strong Coulomb interactions
涉及抗衡离子的强短程位置相关可以在带负电荷的DNA链之间诱导净吸引力，并导致稀离子溶液中离子对的形成。但是库仑相互作用的长范围阻碍了简单局部图像的发展。我们解决这个普遍的问题，通过映射到一个简单的系统与短程分子间相互作用的库仑相互作用的非均匀系统的属性在一个有效的外场，占适当选择的长期和缓慢变化的组件的库仑相互作用的平均效应。其余的短程组分与其他分子核心相互作用结合，强烈影响稠密或强耦合系统中的对关联。结果表明，在有效短程体系中，对关联函数与离子溶液的均匀原始模型中的对关联函数非常相似，说明了低密度下离子对和离子簇的形成。该理论准确地描述了强耦合和中等分离情况下两个等电荷壁之间有效吸引力的详细特征。新的分析结果的最小耦合强度需要得到任何吸引力和分离的吸引力是最大的。
2006-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective attraction between like-charged colloids in a 2D plasma
在最近的实验中发现了浸入离子溶液中的同电荷胶体之间存在吸引力。这种现象与DLVO理论的预言相矛盾，表明平均场论的失败。我们研究了一个基于二维单组分等离子体的玩具模型，该模型在一个特定的耦合常数下是精确可解的。我们表明，胶体相互作用是离子-离子排斥力和更长范围的离子-空隙吸引力之间竞争的结果。
2000-08-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Application of a simple short-range attraction long-range repulsion colloidal model towards predicting the viscosity of protein solutions
一些硬球胶体模型因不能准确预测蛋白质等复杂生物分子的溶液粘度而受到批评。竞争短程吸引和长程排斥，也称为SALR相互作用，被认为会影响低至中等离子强度下蛋白质溶液的微观结构。然而，这种相互作用主要涉及引起相变、蛋白质凝胶化或可逆的团簇形成，并且它们对蛋白质溶液粘度变化的影响尚未完全了解。在这项工作中，我们展示了应用硬球胶体模型与SALR相互作用对预测稀至半稀蛋白质溶液的粘度。比较的球形白蛋白和Y形的治疗性单克隆抗体，不能解释以前的胶体模型。模型预测表明，它是吸引力和排斥力之间的耦合，引起所观察到的实验趋势，溶液粘度作为pH值，浓度和离子强度的函数。该模型的参数是从测量的第二维里系数和净表面电荷/zeta电位，没有额外的拟合的粘度。
2022-09-09 cond-mat.soft
Long range polarization attraction between two different likely charged macroions
已知在具有多价抗衡离子（Z-离子）的水溶液中，两个可能带电的大离子可以由于吸附在其表面上的Z-离子的相关性而彼此吸引。这种“相关性”吸引力是短程的，并且随着大离子之间的距离在特征距离A/2π处的增加而指数衰减，其中A是大离子表面上的Z离子之间的平均距离。在这项工作中，我们表明，一个额外的远程“极化”的吸引力存在时，两个宏离子的裸表面电荷密度具有相同的符号，但在绝对值不同。其关键思想是，吸附的Z-离子，两个绝缘的宏离子可以被认为是导体固定，但不同的电势。每个电势由Z离子的熵体化学势与其在由其裸露表面电荷密度确定的大离子表面处的相关化学势之间的差确定。当两个大离子足够接近时，它们以这样一种方式极化，即它们的相邻点形成一个带电的电容器，这导致吸引力。在无盐溶液中，这种极化吸引力是长程的：它衰减为两个大离子表面之间距离d的幂。极化力比范德华引力衰减得慢，因此在很大的距离范围内比范德华引力大得多。在大量一价盐存在下，当A/2π<< d<<rs（rs为Debye-Hückel屏蔽半径）时，该力仍比上述范德华吸引力和关联吸引力强得多。
2005-01-19 cond-mat.soft
Electrophoresis of a charge inverted macroion complex: Molecular dynamics study
我们用分子动力学模拟研究了外加电场对多价Z：1盐溶液中大离子的影响。为了获得合理的流体力学的介质，我们明确地使许多中性粒子与离子的模拟。在弱电场中，大离子与强吸附的多价反离子一起沿着电场在证明电荷符号反转的方向上漂移。大离子的反向迁移率对外场不敏感，随盐离子强度的增加而增加。反向迁移率在中间反价时达到最大值。大离子络合物的运动不会引起中性溶剂远离大离子的任何流动，这揭示了电解质溶液中短距离处的流体动力学相互作用的筛选。一个非常大的电场，相当于大离子未屏蔽场，通过剥离大离子上吸附的抗衡离子来破坏电荷反转。
2002-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Competition between Born solvation, dielectric exclusion, and Coulomb attraction in spherical nanopores
最近测量的一个非常低的介电常数，$ε$，限制在纳米狭缝孔中的水，导致我们重新考虑离子分配到纳米孔的物理基础。对于与大量介电常数$ε_b>ε$处于化学平衡的受限离子，由于这种介电失配，预期在纳米孔中离子排斥的起源处的三种物理机制被修改：水-孔隙界面介电排斥（具有膜介电常数，$ε_m<ε$），与孔中Debye-Hückel筛选参数的差异相关的溶剂化能，$κ$，在体相$κ_b$中，经典玻恩溶剂化自能与$ε^{-1}-ε_b^{-1}$成正比.我们的目标是澄清这三种机制之间的相互作用，并调查所发挥的作用玻恩贡献在离子液体-蒸汽（LV）相分离在受限的几何形状。我们首先解析地计算位于半径为$R$的纳米球形孔中心的半径为$R_i$的离子的平均力势（PMF）。通过计算受限离子溶液的变分巨势，推导出离子在孔中的分配系数。LV过渡的相图建立各种参数值，我们表明，这个相变的签名可以通过监测总渗透压检测。对于带电的纳米孔，这些排斥效应与静电吸引竞争，静电吸引迫使抗衡离子进入孔中以实施电中性。因此，这项研究将有助于破译玻恩自能和介电失配在实验和模拟离子通过纳米孔传输的各自作用。
2021-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bjerrum Pairs in Ionic Solutions: a Poisson-Boltzmann Approach
离子溶液通常被认为是分散在极性溶剂中的完全离解的离子。虽然这种情况适用于稀溶液，但在较高的离子浓度下，带相反电荷的离子可以缔合成二聚体，称为Bjerrum对。我们考虑在非线性Poisson-Boltzmann框架内形成这样的对，并研究它们对电解质的体积和界面性质的影响。我们的研究结果表明，对可以减少的幅度的介电衰减的离子溶液中的离子浓度的增加。我们描述了对德拜屏蔽长度的影响，并将我们的结果与最近的表面力实验。此外，我们表明，Bjerrum对减少在散装电解质和附近的带电表面的离子浓度，而它们增强相反的带电表面之间的吸引力。
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin of attraction between likely charged hydrophobic and hydrophilic walls confining near-critical binary aquaeous mixture with ions
在一个简单的密度泛函理论中考虑了离子溶质对被限制在不同吸附偏好的带电壁之间的近临界二元水溶液混合物的影响。对于含有少量离子的近临界体系，基于关联式$ξ$和德拜屏蔽长度$κ^{-1}$均远大于分子尺寸的假设，导出了Landau型泛函.对于不溶于有机溶剂的离子，得到了相应的近似欧拉-拉格朗日方程。非平凡的浓度分布的溶剂被发现附近的带电疏水壁作为结果之间的竞争的短程吸引力的有机溶剂和水合离子的静电吸引力。对于一定范围的表面电荷和$ξκ$，在疏水表面附近可能存在过量的水。结果，亲水表面和疏水表面之间的有效电势在远离临界点时可以是排斥的，然后是吸引的，并且当接近临界温度时再次是排斥的，这与最近的实验一致[Nellen等人，软物质{ \bf 7}，5360（2011）]。
2011-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equilibrium Bundle Size of Rodlike Polyelectrolytes with Counterion-Induced Attractive Interactions
多价反离子可以诱导电荷相同的棒状聚电解质之间的有效吸引，导致形成聚电解质束。在本文中，我们使用一个简单的模型，其中的聚电解质（假设是成对添加剂）之间的吸引力被唯象处理的平衡束的大小计算。如果反离子是点状的，它们几乎完全中和了束的电荷，平衡束的大小发散。然而，当抗衡离子较大时，空间和短程静电相互作用阻止束的电荷中和，从而迫使平衡束的尺寸是有限的。我们还考虑了增加束中每个棒的最近邻的数目会使棒之间的吸引力相互作用受挫的可能性。这样的挫折导致有限大小的束的形成，以及，即使当抗衡离子很小。
2004-12-03 cond-mat.soft
Electrostatic Attraction between Overall Neutral Surfaces
在最近的实验中，两个带有正电荷域和负电荷域的整体中性表面（“补丁”）在浸入离子溶液中时表现出长程吸引力。出于实验的动机，我们计算分析的泊松-玻尔兹曼框架内的表面之间的渗透压，使用表面平均自由能的变分原理。静电势的计算超出了线性德拜-休克尔理论，产生了{ \it整体吸引力}在大的表面间的分离，在很宽的范围内的系统的控制长度尺度。特别是，吸引力更强，并发生在较小的间距较大的尺寸和电荷密度的表面补丁。在这个大的补丁限制，我们发现，吸引-排斥交叉分离成反比的补丁电荷密度的平方和德拜屏蔽长度。
2016-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interaction of Charged Colloidal Particles at the Air-Water Interface
我们研究，使用蒙特卡罗模拟，带电胶体粒子之间的相互作用局限于空气-水界面。探讨了力与离子强度和反价的关系。对于1：1电解质，我们发现，在界面处的静电相互作用是非常接近的观察到的在体。另一方面，对于具有多价抗衡离子的盐，界面在带电胶体之间产生增强的吸引力。最后，我们探讨了在空气-水界面上感生的表面电荷对胶体颗粒之间相互作用的影响。
2018-02-02 cond-mat.soft
Controlling polymer translocation and ion transport via charge correlations
我们开发了一个相关校正的传输理论，以预测平均场静电击穿的物理条件下膜纳米孔的离子和聚合物传输特性。实验观察到的低KCl电导率的开放α-溶血素孔的表面极化效应的存在定量解释。当DNA分子渗透到孔中时，这些极化力与DNA的电中性相结合，为离子电流设置了一个下限，解释了稀离子浓度下阻塞孔电导率的弱盐依赖性。向溶液中加入多价反离子导致聚合物电荷的反转和电渗流的方向。对于三价亚精胺或四价精胺分子，电荷反转足够强以阻止聚合物的移位并逆转其运动。这种机制可以有效地用于易位实验，以通过最小化聚合物的易位速度来提高DNA测序的准确性。
2014-10-10 cond-mat.soft
Comparative study of anomalous size dependence of charged and neutral solute diffusion in water
在这项工作中，我们进行了比较研究的尺寸依赖性的带电和中性溶质在水中的扩散。中性溶质在水中的扩散具有非单调性。这通常与众所周知的悬浮效应有关，其中发现当溶质扩散通过瞬态溶剂笼时，对于吸引的溶质-溶剂相互作用和特定尺寸的溶质，存在导致扩散最大化的力平衡。还观察到带电溶质扩散的类似最大值，并与悬浮效应有关。然而，早期对离子扩散的研究将这种非单调性与硬球排斥和库仑吸引之间的相互作用联系起来。在这项工作中，我们表明，虽然带电和中性溶质的大小依赖性有一个非单调性，有一个鲜明的区别，他们的行为。对于带电溶质，随着吸引力的增加，最大值向更大的溶质尺寸移动，并且具有更低的值，而对于中性溶质，它保持在同一位置，并且具有更高的值。我们表明，通过研究的离子和非离子部分的潜力，对于较大的溶质，它是占主导地位的非离子部分和较小的溶质的离子部分，是它们之间的过渡。随着溶质上的电荷增加，这种转变发生在较大的溶质尺寸，这导致在扩散率的最大值和降低的峰值的移动。我们表明，虽然带电溶质也探索溶剂笼，甚至在我们达到悬浮由于库仑吸引力的扩散值下降的大小。因此，带电和中性溶质扩散中扩散系数最大值的起源是不同的。
2018-02-23 cond-mat.soft
Charged rosettes at high and low ionic strengths
半柔性离子和带相反电荷的大离子之间的络合导致多种结构，从具有缠绕在大离子周围的链的紧密络合物到开放的多叶玫瑰花状络合物。玫瑰花结结构，预计会发生短距离之间的吸引力的大离子和链，现在也看到了最近的蒙特卡罗模拟与远程（未筛选）的相互作用[Akinchina和Linse Macromolecules 2002年，35，5183]。目前的研究为这两种情况提供了标度理论，并表明玫瑰花结结构确实对离子强度的变化相当稳健。然而，从缠绕到莲座状结构的过渡具有显著不同的特征：短程情况导致强烈的不连续过渡到具有大叶子的莲座状结构，而长程情况以连续的方式发生。我们为这两种情况提供了完整的状态图。
2002-08-22 cond-mat.soft
Mediation of Long-Range Attraction Selectively between Negatively-Charged Colloids on Surfaces by Solvation
我们提出了一个平均场分析模型来解释所观察到的不对称性的能力，形成远程吸引力的带负电荷的胶体粒子，而不是他们的等价带电的正对应物。我们推测，这种不对称性是由于溶剂化效应，我们现象学捕捉它的物理考虑这种水引起的短程排斥不同的电荷物种之间的相对强度。然后，我们将我们的模型的胶体系统的带负电荷的磁盘被中和的抗衡离子的海洋和强烈吸收的界面在一个可压缩的二元系统。我们证明了作为密度和相互作用强度的函数的稀释的各向同性离子相和凝聚的六方晶格相之间的共存。
2007-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Integral equation study of effective attraction between like-charged particles mediated by cations: Comparison between IPY2 and HNC closures
用超网链（HNC）-Ornstein-Zernike（OZ）和离子Percus-Yevick 2（IPY 2）-OZ两种积分方程理论计算了浸入电解质溶液中的带电粒子之间的有效相互作用。当采用HNC-OZ理论时，有效相互作用对电解质浓度的依赖性表现为重入行为。相比之下，IPY 2-OZ理论并没有表明这种行为。对其中一个模型系统进行了蒙特卡罗模拟，模拟结果与HNC-OZ理论计算结果定性一致。
2022-06-30 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.class-ph
Ionic phase transitions in non-ideal systems
我们建立了一个明确可解的朗道平均场论，用于研究由二价和一价反离子相对浓度驱动的受限或固定离子的体积相变。这种相变已经在离子凝胶中被广泛研究，其中该机制依赖于网络的自吸引或弹性。我们发现在水溶液中离子的非理想行为理论上可以在没有自吸引或弹性网络的情况下驱动相变。我们用类似于德拜-休克尔的幂律活动或关联自由能来表示非理想性，并保留机械自排斥以避免由于非理想项而导致的失控崩溃。在这个模型中，我们发现了一个连续的线的气-液型临界点，连接一个纯粹的单价，二价敏感的临界点在一个极端与二价，单价敏感的临界点在其他。朗道泛函的另一种表示处理第二种情况。我们包括一个公式的电势，这可能是一个方便的代理临界变化的体积。我们相对简单的平均场公式可能有助于探索离子检测技术和生物渗透控制等领域的可调临界灵敏度。
2011-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The role of confined water in the emergence of electrostatic strong coupling as revealed by nanoseparated charged lipid layers
本研究通过实验与模拟结合，发现水合水可在单价抗衡离子下诱导强耦合吸引，挑战了多价离子必需论，并揭示了DPPS与DPPC水合排斥差异，对生物胶体系统有重要意义。
2025-08-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electrostatic attraction between cationic-anionic assemblies with surface compositional heterogeneities
静电在生物分子组装中起着关键作用。例如，在适当的离子条件下，带Opposite电荷的生物分子可以共组装成功能单元，如DNA和组蛋白蛋白组装成核小体，肌动蛋白结合蛋白复合物组装成细胞骨架组分。这些阳离子-阴离子共组装体通常具有表面电荷不均匀性，这是由静电和堆积约束之间的微妙平衡引起的。尽管它们的重要性，表面电荷异质性在阳离子-阴离子共组装体的组织中的确切作用还没有得到很好的理解。在这里，我们表明，与电荷的异质性的共同组装强烈的相互作用，通过极化的域。我们发现，这导致对称性破缺，这是重要的功能能力，和结构的变化，这是至关重要的组织的联合大会。我们确定的空间和疏水约束和静电相互作用之间的竞争的功能的吸引力的范围和强度。
2006-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Understanding depletion induced like-charge attraction from self-consistent field model
由于库仑相互作用，可能带电的粒子/表面之间的相互作用力通常是排斥的。然而，在实验中经常观察到电解质中违反直觉的类电荷吸引，这在理论上争论了很长时间。众所周知，平均场泊松-玻尔兹曼理论不能解释或预测这种反常特征，因为它忽略了多体性质。在本文中，我们开发了有效的算法，并进行两个界面之间的力的计算使用一组自洽方程，适当地考虑到静电相关和介电边界效应。通过求解方程组和计算Debye充电过程中的压强，我们发现自洽方程组可以用来研究从弱耦合到中等耦合的同电荷表面之间的吸引，这种吸引是由于静电驱动的熵力，而这种熵力由于可动离子的介电耗尽而显著增强。一个系统的研究表明，相互作用力可以调谐材料的介电常数，离子的大小和价态，和盐浓度，并只存在于这些参数的特定制度的类电荷吸引。
2016-11-05 cond-mat.soft physics.comp-ph
Adsorption of polyelectrolytes in the presence of varying dielectric discontinuity between solution and substrate
本研究通过粗粒化分子动力学模拟，探究水溶液与基底介电不连续性下聚电解质与不带电基底的相互作用，揭示盐条件、基底介电常数对吸附的影响，发现弱带电聚电解质在高盐下可形成单层。
2024-12-01 cond-mat.soft
Charge regulation in ionic solutions: thermal fluctuations and Kirkwood-Schumaker interaction
我们研究了两个大离子的行为与可解离的电荷基团，调节当地的变量，如pH值和静电势，沉浸在一价盐溶液中，考虑的情况下，净电荷可以改变符号或保持相同的符号取决于这些局部参数。在这两种情况下，电荷调节，描述与适当的自由能函数为每个大离子，而电荷之间的耦合进行评估的近似德拜-休克尔水平。电荷关联函数和随之而来的电荷波动力的解析和数值计算。在接近零电荷点处发现了带相同电荷的大离子之间的强吸引力，特别是由于大离子电荷的不对称的、与电荷相关的电荷波动。一般的理论，然后实施两个蛋白质类大离子的系统，概括的形式和大小的柯克伍德-舒梅克相互作用。
2014-12-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Isotropic-nematic phase transition in suspensions of filamentous virus and the neutral polymer Dextran
我们提出了一个实验研究的各向同性的相变在带电的半柔性杆（fd病毒）和中性聚合物（葡聚糖）的水溶液混合物。完整的相图是根据离子强度和聚合物分子量测量的。在高离子强度下，聚合物的加入拓宽了各向同性相和非各向同性相的共存区域，聚合物优先分配到各向同性相中，而在低离子强度下，聚合物的加入对相变没有影响。双折射测量确定的双折射序参量，并发现是独立的聚合物浓度（或等效的吸引力的强度）。实验结果与现有的理论预测的各向同性的吸引相互作用杆中的相变进行了比较。
2004-02-12 cond-mat.soft
