Thermodynamic Approach to the Self-Diffusiophoresis of Colloidal Janus Particles
大多数现有的理论预测的胶体颗粒的自扩散泳运动的基础上的流体动力学薄边界层近似结合溶剂体力由于自生局部溶质梯度。该梯度通过指定边界条件来实施，通常不考虑维持梯度的热力学成本。在这里，我们提出了一种替代的热力学方法，利用动力学和熵产生之间的直接联系：当地的细致平衡条件。我们研究两种情况：第一，我们重新审视自推进在分层二元溶剂。在方差与滑移速度，我们发现，推进是由于在垂直于粒子表面的两极的力量。第二，对于通过释放化学自由能驱动的催化游泳者，我们恢复了以前的表达式。在这两种情况下，我们认为，推进是由于不对称的耗散，而不仅仅是由于不对称的浓度的分子溶质。
2019-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous Patterning of Binary Ligand Mixtures on CdSe Nanocrystals: from Random to Janus Packing
本研究通过ITC结合热力学模型探究CdSe纳米晶体与烷基硫醇混合物配体交换的热力学，揭示纳米尺寸效应下配体相互作用可调控从无规到Janus的多种配体壳层图案，为纳米晶体智能表面设计提供理论依据。
2023-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Self-propelled Janus particles in a ratchet: Numerical simulations
布朗运输的自推进过阻尼microswimmer（如Janus粒子）在一个二维的周期性分隔通道的数值研究不同的隔室几何形状，边界碰撞动力学，和粒子旋转扩散。由此产生的时间相关的主动布朗运动是受整流的空间不对称的存在。我们证明了Janus粒子的棘轮效应可以比普通的热势棘轮效应强几个数量级，因此可以通过实验获得。特别是，仅通过添加一小部分Janus粒子就可以诱导大量被动粒子混合物的自主泵浦。
2013-06-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Directed Autonomous Motion and Chiral Separation of Self-Propelled Janus Particles in Convection Roll Arrays
自推进的两面神粒子由于它们自己的引擎而表现出自主运动。然而，由于这种运动的方向随机变化，它们对于新兴的纳米技术和生物医学应用几乎没有用处。在这里，我们数值计算表明，手性活性Janus的运动可以直接使他们的对流辊的线性阵列。自航运动的整流功率可达60%以上，远大于以往的报道。我们表明，手性Janus粒子的运动整流导致显着的分离的消旋和左旋活性粒子从外消旋二元混合物。此外，我们证明了如何有效地整流效果可以被利用来分离双螺旋和左旋粒子时，他们的固有扭矩分布与高斯统计。
2023-03-26 cond-mat.soft
Controlled motion of Janus particles in periodically phase-separating binary fluids
数值研究了周期性相分离二元流体混合物中Janus粒子的推进运动。在这项研究中，颗粒尾部的表面更喜欢二元流体组分之一，颗粒头部的润湿性是中性的。在分层期间，更多的反相被选择性地吸附到颗粒尾部。吸附域的增长诱导的流体动力学流在附近的颗粒尾部，这种不对称的泵送流驱动的颗粒朝向颗粒头部。在混合期间，颗粒运动几乎停止，因为混合主要通过扩散发生，并且所产生的流体动力学流动小得可以忽略。重复这个循环，两面粒子就会无限地向头部移动。讨论了组成和重复频率对粒子运动的依赖关系。
2015-04-03 cond-mat.soft
Dynamics of self-propelled Janus particles in viscoelastic fluids
实验研究了球形Janus胶体粒子在粘弹性流体中的主动运动。自推进是通过激光照射施加的临界聚合物混合物的局部浓度梯度来实现的。即使在该制度中，流体的粘度是独立的颗粒引起的变形率，我们发现一个显着的增加高达两个数量级的旋转扩散随着颗粒速度的增加，这可以描述由一个有效的旋转扩散系数依赖于Weissenberg数的现象。我们表明，这种效应引起的粘弹性介质中的微泳者的外力取决于其方向的高度各向异性的响应。
2016-03-16 cond-mat.soft
Critical Casimir interaction between colloidal Janus-type particles in two spatial dimensions
我们研究胶体粒子与化学不均匀的表面悬浮在一个临界二元液体混合物。不均匀的颗粒表面是由补丁交替吸附偏好的两个组成部分的二元溶剂。通过用临界伊辛模型描述二元液体混合物\emph{at}及其相溶点，我们利用了它在二维空间中的共形不变性。这使我们能够准确地确定普遍的配置文件的顺序参数，能量密度和应力张量，以及他们的一些关联函数围绕一个单一的粒子的各种形状和配置的表面补丁。形式主义包括几个有趣的配置，包括Janus粒子的圆形和针形状的偶极对称和圆形粒子的四极对称。从这些单粒子的属性，我们构建了所谓的小粒子算子展开（SPOE），这使我们能够获得渐近精确的表达式的位置和方向相关的临界Casimir相互作用的粒子与遥远的物体，如另一个粒子或限制壁的半平面，带，或楔，与各种边界条件的序参量。在几种情况下，我们比较了大距离与近距离的相互作用（但在分子尺度上仍然很大）。我们还比较了我们的分析结果与最近的模拟数据的两个Janus粒子。
2019-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase diagrams of Janus fluids with up-down constrained orientations
利用Gibbs系综蒙特卡罗模拟和简单的解析近似方法，研究了一类由疏水半球和胶体球组成的Janus流体的二元混合物.这些流体可以通过施加外部静电场在实验上实现。分析了五个具有不同斑-斑亲和力的具体模型中的气-液和分层相变。结果发现，在所有的模型中，即使只有一个可能的补丁相互作用是有吸引力的气-液转变。此外，如果相似颗粒之间的吸引力比不同颗粒之间的吸引力强，则系统在足够低的温度和高的密度下分层成具有不同组成的两个子系统。
2013-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Hydrodynamic stresses in a multi-species suspension of active Janus colloids
本研究通过系统粗粒化微观动力学，计算活性Janus胶体多物种悬浮液的流体动力学应力张量多组分贡献，揭示单物种系统应力强度的调控机制及多物种系统中活性对张量的修饰与非互易性的产生。
2025-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Segregation and cooperation in active colloidal binary mixtures
本研究通过实验和模拟揭示活性Janus胶体二元混合物中，运动能力差异与对齐性共同驱动物种分离与合作运动，为设计可重构集体功能材料提供策略。
2025-06-18 cond-mat.soft
Relaxation to steady states of a binary liquid mixture around an optically heated colloid
利用实验和理论模型研究了开关照明后，二元液体混合物在光吸收Janus粒子附近的弛豫动力学。动力学由在被加热的颗粒周围形成的温度梯度控制。我们的研究结果表明，松弛是不对称的：接近非平衡稳态是远远慢于返回到热平衡。接近非平衡稳态是一个两步过程，导致浓度场的空间变化的行为类似于在不同的软材料中发现的响应于外场的初始超调。打开照明后的浓度波动的初始增长遵循与流体动力学和纯扩散模型一致的幂律。关闭照明后从系统流出的能量由时间的拉伸指数函数很好地描述，其特征时间与稳定状态下存储的能量与该状态下的总能量通量的比率成比例。
2022-01-04 cond-mat.soft
Simultaneous Phase Separation and Pattern Formation in Chiral Active Mixtures
手性活性颗粒，或自推进的圆形游泳者，从精子细胞到不对称的Janus胶体，形成了一组丰富的模式，这与线性游泳者中看到的模式不同。这种模式主要是针对相同的圆形游泳者进行探索的，而现实世界的圆形游泳者通常具有频率分布。在这里，我们表明，即使是最简单的混合物（速度对齐）圈游泳者与两个不同的频率，主机一个复杂的世界的上层结构：最显着的例子包括一个microflock模式，形成一个物种，而其他物种相分离，形成一个macrocluster，与气相共存。在这里，一个物种的微相分离和选择的特征长度尺度，而另一个宏相分离和选择的密度。第二个值得注意的例子，在此出现在各向同性系统中，是包括两个不同特征长度尺度的图案，其可通过单个颗粒的频率和游动速度来控制。
2019-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structure and thermodynamics of colloid-polymer mixtures: a macromolecular approach
在一个双组分，Ornstein-Zernicke为基础的液体状态的方法研究了添加非吸附性聚合物的浓缩胶体悬浮液的结构的变化。考虑了聚合物的构象自由度，并在链段水平上强制排除体积。聚合物相关孔，耗尽层，和过量的化学势描述与聚合物物理理论的有效领域的模型治疗的大分子。已知的耗尽吸引效应在低颗粒密度下恢复，而在较高密度下出现新型多体效应，并在大型聚合物中占据主导地位。
2000-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Macroscopic rotation of active colloids in a colloid-polymer mixture confined inside a spherical cavity
从研究通过分子动力学模拟，我们报告的结果，在活性胶体和被动聚合物的混合物，被限制在一个球形容器内的排斥边界的结构和动力学。这样的系统在生物聚合物的背景中模拟细菌的存在。在完全被动的情况下，所有的相互作用都是以这样一种方式选择的，即在富胶体和富聚合物相之间的平衡共存。在大部分研究中，所选择的成分会产生Janus结构;球体的一侧被胶体占据，其余部分被聚合物占据。这种部分潮湿的情况几乎模仿了完全被动场景中的中性墙。在向胶体引入速度对齐活动之后，富含聚合物的域的形状改变为椭圆体的形状，围绕其长轴，富含胶体的域获得宏观角动量。在稳定状态下，该轴的方向通过扩散而演变，这意味着被动域也被主动粒子设置为运动。
2021-12-01 cond-mat.soft
Phase behavior and morphology of multicomponent liquid mixtures
多组分体系在自然界和工业中普遍存在。虽然少组分液体混合物的物理学（即，二元和三元化合物）是很好理解的，并且在本科课程中常规教授，但$N$ -组分与$N>3$的混合物的热力学和动力学性质仍然相对未被探索。这种混合物的一个例子是细胞内液，其中富含蛋白质的液滴相分离成不同的无膜细胞器。在这项工作中，我们调查的平衡相行为和形态的$N$组分液体混合物内的Flory-Huggins理论的正规溶液。为了确定共存相的数量及其组成，我们开发了一种新的算法，用于构建完整的相图，基于离散化的自由能景观的数值凸化。结合Cahn-Hilliard动力学方法，我们采用该方法研究了含有$N=4$和$5$组分的混合物。我们报告的粗化行为，这样的系统，以及由此产生的形态在三个空间维度。我们讨论了如何共存的相位和它们的组合物的数量可以提取与主成分分析（PCA）和K-Means聚类算法。最后，我们讨论了如何可以逆向工程的相互作用参数和组件的体积分数，以实现一系列所需的包装结构，如嵌套的“俄罗斯娃娃”和封装Janus液滴。
2018-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Enhanced motility in a binary mixture of active nano/microswimmers
本文研究通过在二元混合物中将运动性从高活性客体物种传递给低活性宿主物种来提升纳米/微型游泳者的运动性，数值模拟显示宿主物种运动性最高可增强四倍，可应用于化学、生物和医学领域。
2020-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical clustering and phase separation in suspensions of self-propelled colloidal particles
我们研究了（准）二维胶体悬浮的自推进球形颗粒的实验和数值。这些颗粒是碳涂层的Janus颗粒，由于近临界水-卢剔啶混合物中的扩散泳动而被推进。在低密度，我们发现，驱动稳定小集群。在较高密度下，悬浮液经历相分离成大的团簇和稀气相。相同的定性行为中观察到的一个极小模型的排斥性自推进粒子缺乏任何对齐相互作用的模拟。观察到的行为是合理的动力学不稳定性，由于自陷的自推进粒子。
2013-05-17 cond-mat.soft
Fluctuating micro-heterogeneity in water - tert-butyl alcohol mixtures and lambda-type divergence of the mean cluster size with phase transition-like multiple anomalies
水-叔丁醇（TBA）二元混合物表现出大量的热力学和动力学异常。这些异常现象是在令人惊讶的低TBA摩尔分数下观察到的，使用$x_{\text{TBA}} \approx 0.03 - 0.07$。我们在这里证明，异常的起源在于由于TBA分子的自聚集而发生的局部结构变化。我们观察到TBA分子在$x_{\text{TBA}} \approx 0.05$处的逾渗转变。我们注意到，“岛”的TBA集群形成甚至低于这个摩尔分数，而一个大的跨越集群出现以上的摩尔分数。在这个渗流阈值，我们观察到的最大的TBA集群的大小的波动，让人想起一个临界点的一个EQUIDDA型的分歧。此外，水的结构也受到TBA分子聚集的干扰，尽管很弱。水的四面体序参量呈单调减小的趋势，而偶极矩关联呈现弱的非线性。有趣的是，水分子本身在较高的TBA浓度下表现出反向渗滤转变，$x_{\text{TBA}} \approx 0.45$，其中大的跨越水簇现在分裂成小簇。这是伴随着最大的水集群的大小波动的显着分歧。这第二次转变引起了周围的另一组异常现象。这两种逾渗转变都可以看作是Janus效应在小分子水平上的表现。
2014-02-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Active Brownian Motion Tunable by Light
活性布朗粒子能够从环境中吸收能量并将其转化为定向运动;例子包括趋化细胞和细菌到人工微游泳者。我们最近已经证明，Janus粒子，即金帽胶体球，悬浮在一个临界的二元液体混合物进行积极的布朗运动时，由光照射。在本文中，我们更详细地研究了它们的游泳机制导致积极的布朗运动。我们表明，照明承载加热诱导局部不对称的二进制混合物产生的空间化学浓度梯度，这是负责粒子的自扩散电泳运动。我们研究了这种效应作为金帽的功能化，颗粒大小和光照强度的函数：功能化决定了二元混合物的哪些组分优先吸附在帽和游泳方向（朝向或远离帽）;颗粒尺寸决定了旋转扩散，并因此决定了颗粒的随机重新取向;并且强度调节加热的强度，从而调节运动的强度。最后，我们利用这种依赖的游泳强度上的照明强度调查的行为的微型游泳者在空间光梯度，其游泳性能是空间依赖性的。
2012-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Design of Patchy Particles using Ternary Self-Assembled Monolayers
最近的模拟已经研究了在吸收到球形纳米颗粒表面上的不混溶表面活性剂的二元混合物中图案的形成。得到的图案（Janus，斑点和条纹）与实验结果吻合得很好。我们进行耗散粒子动力学（DPD）模拟，研究通过添加第三表面活性剂的单层作为一个指南，对增加这种方式合成的片状颗粒的丰富性和多样性所获得的图案。我们预测了各种新的模式，可以通过简单的设计元素，如纳米胶体的大小，表面活性剂的不可吸收性，单层的化学计量，表面活性剂之间的长度差异不同的组合产生。在所有情况下，通过构象熵最大化的自由能最小化决定平衡斑图形成。
2012-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
One-Step Self-Organized Multifunctional Micromotors via Evaporative Liquid-Liquid Phase Separation
Indian Institute of Science Education and Research Tirupati（印度科学教育研究所蒂鲁帕蒂分校）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkota（印度科学教育研究所加尔各答分校）
提出蒸发诱导的液-液相分离一步制备多功能微马达，利用马兰戈尼流和界面吸附实现内部不对称自组织，实现磁导向催化推进。
2026-06-09 cond-mat.soft
Phase separation dynamics in deformable droplets
相分离可以驱动多组分混合物的空间组织。例如，在动物胚胎发育中，有效的相分离描述已被用于解释不同组织类型的空间组织。类似地，在模拟早期胚胎轴形成的细胞聚集体中也观察到不同组织类型的分离和极性组织的出现。在这里，我们描述这种聚集体作为可变形的两相流体液滴，悬浮在流体环境中（第三相）。使用混合有限体积格子玻尔兹曼模拟，我们数值探索的平衡路线，可以导致这样的液滴（Janus液滴）的极性平衡态。我们专注于Spinodal分解和平流与界面张力驱动的流体动力学流动之间的相互作用，我们的特点是一个Peclet数$Pe$。与以前的工作一致，对于大的$Pe$，粗化过程通常被加速。然而，对于中间体$Pe$，我们观察到长寿命的、强烈拉长的液滴，其中两相形成交替的条纹图案。我们发现，这些“croissant”状态接近机械平衡和粗化只有缓慢通过扩散通量在奥斯特瓦尔德成熟过程。最后，我们表明，两个液滴相之间的表面张力不对称导致瞬态，旋转对称的状态，其分辨率导致流动让人想起Marangoni流。我们的工作突出了平流的重要性，在有限的，可变形系统的相分离过程。
2021-11-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Optoelectronically Directed Self-Assembly of Active and Passive Particles into Programmable and Reconfigurable Colloidal Structures
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）；University of the West of England（西英格兰大学）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
通过光电子调控实现主动-被动胶体粒子可控自组装，揭示频率依赖性相互作用与结构多形性在可重构微尺度机器设计中的作用。
2025-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Motility-induced coexistence of a hot liquid and a cold gas
本研究通过过阻尼活性与惯性被动布朗粒子混合物的相分离，发现平衡系统中也可出现共存相的动力学温度差，密相可冷于或热于稀相，解答了非平衡气相能否冷于共存液相的问题并开辟新研究路径。
2024-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
