The configurational space of colloidal patchy polymers with heterogeneous sequences
在这项工作中，我们表征的配置空间的一个短链的胶体粒子的功能范围内的定向和异质各向同性的相互作用。形成链的单个颗粒是用斑块装饰的胶体，斑块充当它们之间的相互作用位点。我们表明，使用计算机模拟，它是可能的采样的相对概率发生的结构与序列的空间中的所有可能实现的链。这里提出的结果代表了第一次尝试映射的空间可能的配置，一个链的胶体颗粒可能采用。这样一个空间的知识是至关重要的胶体链作为可设计的自组装系统的模型的可能应用。
2012-06-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Monte Carlo Study of Patchy Nanostructures Self-Assembled from a Single Multiblock Chain
本文采用Monte Carlo方法和Metropolis算法，对N=240的多嵌段共聚物链和微结构$(10-10)_{12}$进行了格子蒙特卡罗模拟。我们测量了平均能量，热容，均方回转半径，和集群计数分布的直方图。这些量作为温度和片段之间的不相容性的函数进行研究，通过参数ω进行量化。我们确定了线圈球转变的温度，并构建了表现出各种补丁纳米结构的相图。所呈现的结果与先前报道的非晶格Monte Carlo方法的结果产生定性一致性，但对于小的不相容性、ω和低温有显著的例外，其中观察到3-簇斑片状纳米结构，而对于非晶格$(10-10)_{12}$链观察到2-簇结构。我们将这种差异归因于晶格链的刚度比非晶格链的刚度大。
2017-08-23 cond-mat.soft cs.CE
How to Simulate Patchy Particles
片状粒子是一类介观粒子系统的名称，其特征是具有排斥性核心和离散数量的短程和高度定向的相互作用位点。数值模拟为我们理解片状粒子的行为做出了重大贡献，但是，尽管原理简单，但通常需要先进的模拟技术来对与其自组装行为相关的低温和长时间尺度进行采样。在这项工作中，我们回顾了最流行的模拟技术，已被用来研究斑片状粒子，特别侧重于蒙特卡罗方法。我们涵盖了许多模拟补丁系统所需的工具，从相互作用势到偏置移动，集群移动和自由能方法。该审查是补充教育为导向的蒙特卡罗计算机代码，实现了所有的技术，在文本中描述的模拟一个著名的四面体补丁粒子模型。
2018-04-11 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
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
Understanding tetrahedral liquids through patchy colloids
我们研究了一个简单的四面体片状胶体模型的结构特性，在该模型中，斑块的宽度和斑块的范围可以独立地调节。对于宽的键角，完全键合的网络可以通过标准Monte Carlo或分子动力学模拟的模型生成，提供了一个整洁的方法来生成无缺陷的随机四面体网络。这提供了关注贴片角宽度对完全结合的网络结构的作用的可能性。作为键合角的函数的完全键合的配置的分析示出了键合角如何控制系统的可压缩性、结构因子中的预峰的强度和环尺寸分布。与液态水和二氧化硅模型的比较使我们能够找到这些连续电位和胶体电位之间的最佳映射。基于以前的研究集中在角度范围和结晶之间的联系，映射使得有可能揭示新的光的玻璃形成能力的网络形成四面体液体。
2013-09-09 cond-mat.soft
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
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
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
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
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
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
Computing the phase diagram of binary mixtures: a patchy particle case study
利用蒙特卡罗模拟和Wertheim理论研究了二维双功能和三功能片状粒子混合物以及三维双功能和四功能片状粒子混合物的相行为.我们首先计算纯系统的临界点，然后我们研究如何降低温度时的临界参数的变化。我们扩展连续伞采样方法的混合物，使其能够提取信息的相行为的系统在一个固定的温度为整个范围内的密度和成分的利益。
2013-04-03 cond-mat.soft
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
Colloidal stabilization via nanoparticle haloing
我们提出了一个详细的数值研究微米级的二氧化硅球，诱导高度带电的氧化锆纳米粒子之间的有效相互作用。它表明，有效的相互作用是一致的，最近发现的机制胶体稳定。根据实验观察，小的纳米颗粒浓度引起有效的排斥，抵消胶体之间的固有范德华吸引力，从而稳定悬浮液。在较高的纳米粒子浓度的吸引力的潜力被恢复，导致在重入凝胶化。这种高度尺寸不对称的混合物的蒙特卡罗模拟是通过几何簇蒙特卡罗算法。从Ornstein-Zernike方程与超网链封闭的结果进行了比较。
2005-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Design of patchy rhombi: from close-packed tilings to open lattices
在功能材料领域，具有可调孔隙率的二维结构的生产对于许多实际应用是至关重要的：具有规则孔阵列的表面可用于选择性吸附或固定在形状和/或尺寸上与孔互补的客体单元，从而实现例如选择性过滤或对外部刺激的明确响应。控制这种结构形成的原理在分子和胶体尺度上都是有效的。在这里，我们提供了简单的设计方向，结合建筑单位的各向异性形状-无论是分子或胶体-和选择性定向键合。使用广泛的计算机模拟，我们表明，经常菱形血小板装饰有吸引力和排斥力的相互作用网站导致特定的平铺，顺利地从密堆积的安排开放的晶格。所观察到的丰富的平铺场景背后的理由可以描述在空间不相容性，不满意的键合几何形状和本地和长程序之间的相互作用。
2019-07-03 cond-mat.soft physics.comp-ph
Reactive Monte Carlo Simulations for Charge Regulation of Colloidal Particles
本文采用反应蒙特卡罗模拟方法和电解质原始模型研究了胶体体系中控制电荷调节的酸碱平衡。模拟是在半巨正则系综中进行的，其中胶体悬浮液与盐和强酸的储层接触。胶体颗粒的内部被建模为低介电介质，不同于周围的水。计算了不同表面酸性基团数目、pH值、盐浓度和电解质类型的有效胶体电荷。在氯化钾的情况下，滴定曲线与使用电位滴定法获得的实验测量值进行了比较。一个很好的协议之间的模拟和实验。在氯化锂的情况下，通过锂离子的部分脱水来考虑特定的离子吸附。
2021-12-06 cond-mat.soft
Predicting Patchy Particle Crystals: Variable Box Shape Simulations and Evolutionary Algorithms
我们考虑了几个补丁粒子模型，已在文献中提出的，我们研究他们的候选人的晶体结构中的一个系统的方式。我们比较了两种不同的算法预测晶体结构：（i）一种方法的基础上蒙特卡罗模拟在等压等温系综和（ii）的进化算法的思想的基础上的优化技术。我们表明，这两种方法是同样成功的，并提供一致的结果上的结晶相的片状颗粒系统。
2012-05-15 cond-mat.soft physics.comp-ph
Structure and equation-of-state of a disordered system of shape anisotropic patchy particles
我们提出了一个新的二维椭圆模型（即，形状各向异性）片状胶体，其中颗粒的不可穿透的核心在其共同顶点上被Kern-Frenkel型补丁装饰。使用（一）有据可查的标准重叠的未修饰的椭圆和（二）提出新的标准，如果两个粒子的补丁区域相互作用，我们进行了广泛的蒙特卡罗模拟在NPT合奏的证据。考虑椭圆形粒子的纵横比\{kappa} = 2，4，和6与两个补丁位于共同的顶点，并选择代表性的温度值，我们研究了半定量水平上出现的无序相的快照和径向分布函数和目前的状态方程的结果。
2019-02-21 cond-mat.soft
Self-Assembly of Patchy Particles into Polymer Chains: A Parameter-Free Comparison between Wertheim Theory and Monte Carlo Simulation
我们数值研究了由具有硬核排斥力的颗粒组成的简单流体，并在颗粒极点处补充了两个短程吸引（粘性）点，这为线性链的平衡聚合提供了一个简单的模型。该模型的简单性允许密切的比较，没有拟合参数，模拟和理论预测之间的基础上的Wertheim微扰理论，一个独特的框架分析预测的性质的自组装粒子系统的分子参数和液体状态的关联函数。这个理论还没有受到严格的测试，对模拟数据的顺序跨越聚合过渡。我们用数值方法确定了这种基本形式的自组装的许多热力学性质（每个粒子的能量、处于缔合状态的粒子的序参量或平均分数、平均链长、链长分布、链的平均端到端距离和静态结构因子），并发现Wertheim理论的预测与模拟结果非常吻合。
2007-01-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Reentrant spinodals and the Speedy scenario in colloidal model systems
提出了一种重入式气液旋节线，作为过冷水的压缩性和比热表观发散的可能解释。这种违反直觉的可能性，例如在正压下冷却时液体变得不稳定，类似气体波动，从未在真实物质中或非晶格模拟中观察到。最近，这种重入的情况下已被驳回的前提下，重入的旋节将碰撞的气-液双节在压力-温度平面。在这里，我们研究，数值和分析，两个先前介绍的单组分斑块粒子模型，都显示（i）一个再入的旋节和（ii）一个再入的双节，提供了一个整洁的在硅片（和在charta）实现这种非常规的热力学场景。
2016-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of Polydispersity and Anisotropy in Colloidal and Protein Solutions: an Integral Equation Approach
综述了积分方程理论在复杂流体中的应用，特别强调了多分散性和各向异性对其结构和热力学性质的影响。积分方程的解析解和数值解都在一组已被广泛应用于文献中的最小势能模型的范围内进行了讨论。虽然其他流行的理论工具，如数值模拟和密度泛函理论，是优越的定量和准确的预测，我们认为，积分方程理论仍然提供，在简单的流体，一个宝贵的技术，能够捕捉到的主要基本特征的复杂系统，在一个低得多的计算成本。此外，它可以提供任意帧中的角度依赖性的详细描述，而不像数值模拟那样，这种信息经常受到统计数据不足的阻碍。胶体混合物，球状蛋白质和斑片状胶体的应用进行了讨论，在一个统一的框架。
2011-05-24 cond-mat.soft
Entropy-Driven Phase Transitions in Colloidal Systems
本文分为两个独立的部分。在本论文的第一部分中，我们着重研究了胶体体系中成核的动力学途径。第二章简要介绍了成核的相关理论，经典成核理论然后在第三章中，我们研究了胶体的“最简单”模型系统中的晶体成核，即，单分散硬球系统，通过使用三种不同的模拟方法，即，分子动力学、前向通量采样和伞形采样模拟。随后，我们在第4章中将我们的模拟方法应用于更现实的胶体硬球系统。此外，我们还研究了由硬粒子组成的各种体系中的成核，即，硬哑铃（第5章）、硬棒（第6章）、硬胶体聚合物（第7章）和二元硬球混合物（第8章）。在本论文的第二部分，我们研究了几种胶体体系的相行为。在第九章中，我们研究了胶体硬超球的平衡相图，它的形状从立方体到八面体。我们在第10章研究了耗尽吸引力诱导的不对称斑片状哑铃胶束化。
2012-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
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
Two-stage assembly of patchy ellipses: From bent-core particlesto liquid crystal analogs
本文研究斑块椭球体经弯核二聚体中间态组装为液晶相的两步过程，通过分子动力学和蒙特卡洛模拟优化弯核单元并绘制温度-密度状态图，揭示不同液晶相的主导区域。
2024-08-02 cond-mat.soft physics.comp-ph
Patchy sticky hard spheres: analytical study and Monte Carlo simulations
我们考虑一个硬球轴承一个或两个均匀的圆形粘性补丁，分布，以便不重叠的流体。如果两个球的中心连线与每个球上的一个补丁相交，则两个球通过“粘性”巴克斯特势相互作用，否则通过硬球势相互作用。我们分析的位置的流体-流体的过渡和渗流线的大小的补丁（分数覆盖的球体的表面）和补丁的数量内的维里扩展到第三阶和内的前两个条款（C 0和C1）的一类封闭Cn铰链上的直接关联函数的密度扩展的函数。我们发现，这两条线的位置敏感地依赖于总的粘合剂覆盖率及其分布。在所选择的近似理论中，处理几乎完全是解析的。我们测试我们的研究结果，通过专门的蒙特卡罗（MC）模拟，并发现的关键行为的主要定性特征，以及捕捉尽管低密度微扰性质的封闭。引入各向异性吸引力到模型悬浮液的球形颗粒是第一步更现实的描述球形蛋白质在溶液中。
2007-10-11 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
Glass-like slow dynamics in a colloidal solid with multiple ground states
利用分子动力学模拟研究了二维模型胶体固体的相序动力学。胶体粒子相互作用的Hamaker潜在修改的赤道“补丁”的吸引力和负区域的存在。因此，两个这样的胶体之间的总相互作用势是强方向性的，并且具有三重对称性。在正则系综中工作，我们确定了密度-温度平面中的暂定相图，该平面具有三种不同的结晶基态，即，低密度蜂窝状固体，随后是密度较高的矩形固体，随着密度的进一步增加，其最终转变为紧密堆积的三角形结构。我们表明，当从液相沿等轴线迅速冷却时，系统经历了一个过渡到“强玻璃”，而缓慢冷却产生结晶相。我们声称，几何挫折所产生的许多晶体基态的存在下，导致玻璃秩序和动力学在这个固体。我们的结果可以很容易地证实适当的实验斑片状胶体。
2014-12-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Event-chain Monte Carlo simulations of the liquid to solid transition of two-dimensional decagonal colloidal quasicrystals
在事件链蒙特卡罗模拟中，我们在两个维度上模拟胶体粒子，这些胶体粒子根据各向同性短程对势相互作用，该势支持十次准晶中存在的两个典型长度尺度。我们研究组装的结构，因为我们改变密度和温度。我们特别感兴趣的是从准晶体到液体的转变。我们发现一个一步一阶熔化过渡没有五面体相内的准晶体的KTHNY熔化理论预测。然而，我们发现，缓慢弛豫的相位翻转，即重排的粒子由于额外的自由度在准晶体中，改变的位置关联函数，这样的结构与长程取向相关性，但指数衰减的位置相关性被观察到。
2019-06-12 cond-mat.soft
Monte-Carlo simulation of string-like colloidal assembly
本文采用蒙特卡罗模拟方法研究了硬球粒子接枝聚合物的结构相变。利用自洽场计算验证了在硬核外存在弱排斥阶跃的相互作用势。在此基础上，采用Metropolis算法，在二维和三维空间进行了规范蒙特卡罗模拟。在低温和高密度下，我们发现粒子开始自组装并最终排列成弦。通过分析团簇的尺寸分布和串的长度分布，我们构建了一个相图，发现这种串状组装与逾渗现象有关。在熔化转变线和渗流转变线相交的区域，平均弦长发散，这类似于渗流转变线和有序无序线相交于临界点的Ising自旋系统.
2005-10-12 cond-mat.soft
Theoretical and numerical investigations of inverse patchy colloids in the fluid phase
我们研究了一类新的片状胶体的结构和热力学性质，称为逆片状胶体（IPC）在其流体相通过理论方法和模拟。IPC是纳米或微米大小的颗粒，具有不同的带电表面区域。我们扩展传统的积分方程计划，这类特殊的系统：我们的方法是基于所谓的多密度Ornstein-Zernike方程，辅以关联的打击-Yevick近似（APY）。为了验证我们框架的准确性，我们将获得的结果与从$NpT$和$NVT$蒙特卡罗模拟中提取的数据进行比较。此外，其他的理论方法被用来计算系统的性质：参考超网链（RHNC）方法和Barker-Henderson热力学微扰理论。APY和RHNC框架都提供了对分布函数的准确预测：APY结果与MC数据的一致性略好，特别是在RHNC解决方案不收敛的较低温度下。
2014-12-15 cond-mat.soft
Dynamic Monte Carlo Simulations of Inhomogeneous Colloidal Suspensions
动态蒙特卡罗（DMC）方法是一种成熟的分子模拟技术，用于分析胶体悬浮液中的动力学。DMC是布朗动力学或分子动力学模拟的一个很好的替代方案，适用于球形和/或各向异性颗粒的系统以及平衡或非平衡过程。在这项工作中，我们提出了一个理论和方法的框架，以扩展DMC的异构系统的研究，其中共存的阶段之间的接口的存在引入了一个额外的元素，在确定的动态特性的复杂性。特别是，我们模拟的Lennard-Jones流体在液-气平衡，并确定在每个阶段的大部分和整个界面的扩散系数。为了测试我们的DMC结果的有效性，我们还进行了布朗动力学模拟，并揭示了两种模拟技术之间的一个很好的定量协议。
2020-06-05 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
Theoretical and numerical study of the phase diagram of patchy colloids: ordered and disordered patch arrangements
我们报告的理论和数值评估的模型斑片状颗粒的相图。具体来说，我们研究硬球的表面是由一个小数目的相同的网站（“粘点”）通过一个短距离的方井吸引相互作用的装饰。我们从理论上评估，解决Wertheim理论，临界点的位置和气液共存线的几个值的f和比较吉布斯和大正则蒙特卡罗模拟的结果。我们研究了硬球表面上的有序和无序排列的网站，并确认补丁有很强的影响的相图：在温度-密度平面的气液共存区域显着减少，f降低。我们还从理论上计算了比热最大值的位置和渗流线。
2008-02-18 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
