Controlled interfacial assembly of 2D curved colloidal crystals and jammed shells
胶体粒子在流体界面上的组装是一种很有前途的技术，用于合成二维微晶材料，可用于生物医学1，材料科学2，矿物浮选3和食品加工4等领域。目前的方法依赖于本体乳化方法，需要进一步的化学和热处理，并且对于所采用的材料是限制性的5 -9。由于对组装过程缺乏了解，开发利用界面组装的巨大潜力来生产定制材料的方法受到阻碍。在这里，我们报告了一个微流体的方法，可以直接可视化和理解的动态胶体晶体生长的弯曲界面。晶体周期性地喷射出来，形成稳定的堵塞壳，我们称之为胶体盔甲。我们建议，界面晶体生长和组织的能量障碍，可以克服有针对性地通过流体动力学流动的胶体颗粒的交付。我们的方法允许对装甲成分、尺寸和稳定性进行前所未有的控制。
2006-01-11 cond-mat.soft
Polymorphic self-assembly of helical tubules is kinetically controlled
与经历无限生长的大多数自组装合成材料相反，许多生物自组装过程是自限制的。也就是说，组装的结构具有一个或多个比单个单体的尺寸尺度大得多的有限尺寸。在许多这样的情况下，通过单体的优选曲率来选择有限尺寸，这导致组件的自闭合。在这篇文章中，我们研究了一类自封闭组件的例子：从三角形单体组装的圆柱形小管。通过结合动力学蒙特卡罗模拟，自由能计算，和简单的理论模型，我们表明，一系列的可编程的尺寸尺度可以通过控制的单体的优选曲率和它们的相互作用强度之间的复杂平衡为目标。然而，它们的组装是动力学控制的-小管形态在闭合后不久基本上固定，导致小管宽度的分布显著宽于平衡分布。我们开发了一个简单的动力学模型的基础上，这一观察和基本的自由能景观组装小管，定量描述的分布。我们的研究结果与最近的实验观察到的三角形DNA折纸单体的小管组装是一致的。建模框架阐明了从合成组件组装自限结构的设计原理，例如具有所需宽度和手性的人工微管。
2022-05-23 cond-mat.soft
Light-controlled Assembly of Active Colloidal Molecules
由于恒定的能量输入，活性物质可以自组装成具有复杂结构和功能的相，例如动态形成、重塑和分解的活性簇，这在平衡材料中是被熵最大化（或自由能最小化）原理所禁止的。控制这种主动自组装的挑战引起了广泛的努力，通常取决于单个能动成分的特性的工程。在这里，我们提供了一种不同的途径，只有当单个构建块以我们通过激光控制的方式结合在一起时，活动才会作为一种新兴现象发生。使用实验和模拟两种不动的微球，我们通过创建具有复杂行为阵列的活性分子，成为迁移者，旋转者和旋转者，来验证这条路线。通过光可控的非互易相互作用来控制主动自组装的动力学的可能性将激发理解生命物质和设计活性材料的新方法。
2018-12-22 cond-mat.soft
Controlled Capillary Assembly of Magnetic Janus Particles at Fluid-Fluid Interfaces
毛细相互作用可用于指导流体-流体界面处吸附的颗粒的组装。精确控制毛细相互作用的大小和方向以将颗粒组装成用于材料科学目的的有利结构是期望的但具有挑战性。在本文中，我们研究了吸附在流体-流体界面上的磁性Janus粒子之间的毛细管相互作用。我们开发了一个对相互作用模型，预测这些粒子应该安排成一个侧-侧配置，并进行模拟，证实了我们的模型的预测。最后，我们研究了单层结构，形成时，许多磁性Janus粒子吸附在界面上。我们发现，颗粒排列成长，直链表现出很小的曲率，与椭圆形颗粒之间的毛细管相互作用。我们还发现了一个制度，其中高度有序的，晶格状的单层结构的形式，它可以动态调整使用外部磁场。
2016-07-08 cond-mat.soft
Controlled assembly of single colloidal crystals using electro-osmotic micro-pumps
我们利用离子交换电渗微泵在带电的非结构化玻璃基板上故意选择的位置组装带电胶体球。使用显微镜，一个简单的标度理论和布朗动力学模拟，我们系统地探索晶体组装的控制参数和机制，通过它们依赖于实验边界条件。我们证明，晶体质量取决于关键的组装距离的胶体。这被理解为是由电渗泵流的向内输送和胶体的电泳向外运动之间的竞争引起的。优化的条件包括基板的低和胶体的大电动迁移率。然后，在二元混合物中观察到胶体按尺寸分类，其中较大的颗粒更靠近离子交换剂珠聚集。此外，单一尺寸的胶体形成无缺陷的单畴晶体，其在无胶体的空隙外部生长，具有以离子交换颗粒为中心的多面内晶体边界。这非常有效，即使是不规则形成的离子交换树脂碎片。
2016-12-16 cond-mat.soft
Hierarchical assembly is more robust than egalitarian assembly in synthetic capsids
本研究提出一种允许大误差容忍并避免动力学陷阱的分层组装范式，通过DNA origami实验与粗粒化计算模型证明，在合成T=3二十面体衣壳组装中，具有不等键亲和力的分层路径比平等路径更快且更稳健。
2023-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
In situ monitoring of block copolymer self-assembly through controlled dialysis with light and neutron scattering detection
本研究利用专门设计的透析池结合动态光散射和小角中子散射，原位监测了PDMS-b-PEG嵌段共聚物在THF向水交换过程中的自组装形貌变化，成功建立了近平衡结构相图，并揭示了通过调节膜孔径控制透析动力学以研究自组装热力学与动力学相互作用的方法。
2023-09-11 cond-mat.soft
Dynamic self-assembly of active particle systems controlled by light fields
本研究通过布朗动力学模拟，揭示光场可调控活性粒子系统形成有序结构并实现动态相变，为集体结构精确调控和微纳智能器件制造提供参考。
2025-09-24 cond-mat.soft
Tunable Assembly of Gold Nanorods in Polymer Solutions to Generate Controlled Nanostructured Materials
接枝有短链聚合物的金纳米棒使用聚合物诱导的耗尽相互作用组装成受控的开放结构，并使用小角X射线散射进行结构表征。当纳米棒直径小于耗尽聚合物的回转半径时，耗尽相互作用仅取决于聚合物溶液的相关长度，而不直接取决于聚合物分子量。随着聚合物浓度的增加，更强的耗尽相互作用越来越多地压缩接枝链，并将金纳米棒推得更近。相比之下，其他结构特征，如最近邻数和分形维数表现出非单调的依赖于聚合物浓度。这些参数是最大的中间浓度，这是由于从反应限制的交叉扩散限制聚集。对各向异性纳米级构建块的结构特性的控制将有利于设计和生产具有特定方向依赖性纳米级特性的材料\emph{in situ}，并为增材制造的进步提供了一条重要途径。
2018-01-14 cond-mat.soft
Directed Self-Assembly of Quantum Dots in a Nematic Liquid Crystal
自组织各向异性双折射液晶（LC）诱导自组装在量子点（QD）上形成沿双折射指向矢的一维链。量子点的空间排序，实现在的CPLLC矩阵，可以控制在一个优选的方向上施加的电场，获得更好的自组装。一旦电场消失，LC+QD系统就会弛豫回到原始状态，揭示出内在动力学。由于系统的介电各向异性，这种动态响应可以通过研究介电弛豫来捕获。所研究的动态响应揭示了场诱导自组装机制和LC+QD系统的稳定性的见解。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self Assembly of Janus Ellipsoids
我们提出了一个原始模型的Janus椭球体，代表粒子与椭圆形的核心和两个半表面编码不同的属性，例如，疏水性和亲水性，分别。我们使用蒙特卡罗模拟研究了纵横比对自组装形态和动态聚集过程的影响。我们还讨论了我们的结果和Janus领域的早期结果之间的某些差异。特别是，我们发现，聚集体的大小和结构可以控制的纵横比。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembly of Chiral Tubules
从大分子构建块有效和受控地组装复杂结构是生物系统和纳米科学中的一个关键的开放问题。使用分子动力学模拟，我们研究了从在其表面上具有多个结合位点的模型大分子单体的管状结构的自组装[Cheng等人，软物质8，5666-5678（2012）]。在这项工作中，我们添加手性的模型单体和锁和钥匙的相互作用。自由单体自组装成小管产生的螺距值通常与单体（包括非手性单体）的手性不匹配。我们发现，这种不匹配的发生是因为扭曲变形，使横向相互作用网站对齐时，小管间距不同于单体手性。这种变形的能量成本很小，因为对于间距和手性的小差异，能量分布基本上重叠。为了通过防止扭曲变形来控制小管间距，必须增加垂直表面之间的相互作用，而不会导致动力学捕获的结构。为此，我们采用了锁和钥匙的相互作用，并获得良好的控制自组装的小管间距。这些结果解释了微管的一些基本特征。垂直的相互作用强度大于横向的微管，因为这产生了一个控制组装的微管与适当的间距。我们还普遍发现，控制组装成小管是困难的，这解释了在微管组装中观察到的间距和原丝数量的宽范围。
2013-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Controlled Spherulitic Crystal Growth from Salt Mixtures: A Universal Mechanism for Complex Crystal Self-Assembly
研究了室温下硫酸盐混合物蒸发水溶液中硫酸钠受控球晶生长的条件，发现二价金属离子诱导高粘度溶液中的非经典成核，首次量化了过饱和度与生长动力学，为调节球晶形态提供了实用策略。
2025-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Repulsion-attraction switching of nematic colloids formed by liquid crystal dispersions of polygonal prisms
胶体粒子的自组装由于弹性相互作用在液晶液晶中的承诺可调复合材料，并可以通过利用表面功能化，几何形状和拓扑结构来引导，虽然这些控制自组装的手段仍然有限。在这里，我们实现了低对称性的非手性和手性弹性胶体的双液晶使用胶体多边形凹凸棱镜。我们发现，控制钉扎的向错在棱镜的边缘改变了对称性的导演扭曲的棱镜和他们的方向相对于远场导演。棱镜边缘的向错的受控局部化显著地影响分散在液晶中的棱镜的扩散性质的各向异性，并且允许修改它们的自组装。我们发现，多边形棱镜之间的弹性相互作用可以切换之间的排斥和吸引只是通过控制重新钉扎的向错在不同的边缘，使用激光镊子。我们的研究结果表明，分散在液晶液晶中的胶体颗粒之间的弹性相互作用是敏感的拓扑等价的，但几何丰富的控制配置的颗粒诱导的缺陷。
2017-12-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Solvent Mediated Assembly of Nanoparticles Confined in Mesoporous Alumina
硫醇稳定的金纳米晶在介孔氧化铝中的受控自组装，用小角X射线散射原位探测。通过调节从不饱和蒸气冷凝的溶剂量的变化，可逆地控制自组装过程的演变。分析表明，纳米粒子在多孔模板内自组装成圆柱形单分子膜。随着溶剂的控制加入，纳米粒子在单分子层内的最近邻分离增加，有序性降低。该过程是可逆的溶剂的去除。还观察到纳米颗粒的各向同性簇在液体溶剂的解吸期间暂时形成，并且在完全除去液体后消失。对溶剂的吸收和解吸的测量显示出热循环后的强滞后。此外，在纳米粒子掺杂的孔中的溶剂的毛细管填充转变被转移到更大的化学势，相对于液体/蒸气共存，由4倍相比，没有纳米粒子的相同系统的预期值。
2006-03-24 cond-mat.soft
Design principles for non-equilibrium self-assembly
我们考虑一类重要的自组装问题，并使用随机热力学的形式主义，我们得出了一套设计原则，越来越多的控制组件远离平衡。设计原则约束了在非平衡条件下可以获得的一组结构。我们的中心结果提供了直观的平衡自组装景观如何修改有限的非平衡驱动下。
2016-06-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Timed material self-assembly controlled by circadian clock proteins
本研究利用生物钟蛋白KaiB和KaiC实现胶体的时间依赖性交联，使材料自组装具有可编程动力学，通过调控浓度实现材料结构的昼夜节律振荡或稳定，为合成材料引入生物计时器控制概念。
2024-03-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Template-free fabrication of reconfigurable magnetic micropillars and filaments through controlled Nanoflower assembly and actuation
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Universidad Nacional de Educacion a Distancia UNED（西班牙国家远程教育大学）
本文提出一种无需模板的自组装策略，利用可控的纳米花组装和驱动，制备出动态、响应磁场的磁性微柱和丝，展示了其在微流体操控和生物微机器人中的应用潜力。
2026-03-24 cond-mat.soft
A theory for the effect of patch / non-patch attractions on the self-assembly of patchy colloids
在本文中，我们发展了一个热力学微扰理论来描述的自组装的斑块胶体，表现出斑块-斑块的吸引力，以及补丁/非补丁吸引。也就是说，贴片吸引其他贴片以及无贴片区域。一般来说，这些吸引作用在不同的能量尺度上起作用，这允许受控的自组装以及反常的相行为。作为应用，我们将该模型应用于液态水的研究。
2017-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanistic Framework for Multicomponent Nanoparticle Assembly: Predicting RNA-lipid and PEI-DNA nanoparticle assembly
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
该研究提出结合kMC模拟的计算框架FormLNP，可预测RNA-脂质和PEI-DNA纳米颗粒的单颗粒性质分布，揭示组装路径对异质性分布的影响。
2026-09-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Topological Design of Heterogeneous Self-Assembly
控制从一组异质构建块自组装的结构的拓扑结构对于许多应用是高度期望的，但是理论上理解得很少。在这里，我们表明，自组装的热力学理论涉及一个不可避免的分歧，在化学势。发散度及其详细结构由传递矩阵的谱控制，传递矩阵概括了自组装设计的所有自由度。通过分析传输矩阵，我们绘制出的相位边界之间的可设计的结构和非结构化的聚集体，驱动的水平的串扰。
2021-03-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermofluidic non-equilibrium assembly of reconfigurable functional structures
本文提出一种由激光加热驱动的胶体粒子非平衡组装方法，可快速形成有序三维结构并实现光子阻带可调，为可重构功能材料提供新途径。
2024-12-14 cond-mat.soft
Transformation between elastic dipoles, quadrupoles, octupoles and hexadecapoles driven by surfactant self-assembly in nematic emulsion
在基质内包含各向同性流体液滴的乳液对于从生物检测到智能窗的应用是令人感兴趣的，其依赖于液滴周围的分子排列结构响应于化学、热、电和其他刺激的变化。我们表明，微量的常见表面活性剂的吸收或解吸可以驱动连续的转换的弹性多极内均匀排列的微滴的主机。指向矢结构的失平衡动力学来自于不同表面活性剂在液滴-液滴界面处的受控自组装或脱附，随之而来的是弹性偶极、四极、八极和十六极之间的正向和反向转换。我们表征液滴引起的表面和体缺陷的相互转化，探测弹性对相互作用，并讨论了可重构微乳液的基础科学和应用的新兴前景。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crystallization morphology and self-assembly of polyacrylamide solutions during evaporation
本研究通过受控蒸发结合光谱吸光度测量，考察1%、2%和5% PAM溶液的结晶与自组装，发现浓度梯度显著影响形貌，其中2%溶液形成最清晰规则的晶体图案。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Adaptable DNA interactions regulate surface triggered self assembly
DNA介导的胶体颗粒之间的多价相互作用已经被广泛地应用于它们的编程体相行为和动态过程的能力。利用不同类型的DNA-DNA键之间的竞争，在这里，我们实验证明了在功能化表面的存在下，胶体自组装的选择性触发，这会引起粒子-粒子相互作用的变化。除了其相关的分层材料的制造与控制厚度，所提出的相互作用方案的固有的信号放大功能，使其有价值的生物传感应用。
2020-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Toward a unified description of the electrostatic assembly of microgels and nanoparticles
本研究结合数值模拟与实验，阐明了微凝胶与纳米粒子静电组装的基本机制，发现微凝胶收缩行为可由复合物总电荷统一描述，为杂化器件纳米加工提供了新工具。
2023-06-27 cond-mat.soft
Geometrically frustrated self-assembly of hyperbolic crystals from icosahedral nanoparticles
该研究提出基于非欧几里得晶格{3,5,3}的规则二十面体纳米颗粒几何受阻自组装解析理论，通过最小化弹性和排斥能表征预应力形态，发现组装簇大小控制的形态转变导致旋转对称性自发破缺。
2023-06-01 cond-mat.soft
Stress accumulation versus shape flattening in frustrated, warped-jigsaw particle assemblies
本文提出一种“翘曲拼图”二维粒子模型，结合数值模拟与连续介质弹性理论，揭示了由粒子微观特性产生的大尺度应力梯度如何实现自限制的各向异性带状组装，并阐明了其尺寸控制的弹性机制与上下限。
2022-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Lipid Controlled Non-Monotonic Assembly and Rheology of an Egg Yolk Protein at Water-Soybean Oil Interface
Department of Physics, School of Natural Sciences, Shiv Nadar Institution of Eminence（锡南达尔卓越学院自然科学学院物理系）
该研究探究了卵黄高磷蛋白在水-大豆油界面的吸附与流变特性，发现脂质对其组装存在非单调调控作用，为优化食品产品组成提供了依据。
2026-08-13 cond-mat.soft
Self-limited self-assembly of chiral filaments
具有受控直径的丝状束的组装在生物系统中是常见的，并且对于纳米材料的开发是期望的。我们讨论了动力学模拟和自由能计算补丁领域的手征对相互作用，自发组装成丝状束。手性通过在相互作用的亚基之间引入扭曲来破坏长程晶体有序。对于某些范围的系统参数，这一约束导致束与一个有限的直径作为平衡态，并在其他情况下，挫折是由缺陷的形成缓解。虽然一些自限结构可以被建模为以局部六边形对称排列的扭曲细丝，但其他结构的复杂性令人惊讶。
2010-01-26 cond-mat.soft
Soft elastic surfaces as a platform for particle self-assembly
我们进行了数值模拟，研究由弹性平面介导的纳米粒子的自组装。我们展示了这些表面的变形的非平凡弹性响应如何导致颗粒之间的各向异性相互作用，从而导致具有不同几何特征的聚集体。图案的形态可以通过表面的机械性质和颗粒粘附的强度来控制。我们使用简单的缩放参数来理解不同结构的形成，我们展示了粘附颗粒如何导致下面的弹性基底起皱，如果它的两个相对的边缘被夹紧。最后，我们讨论了我们的研究结果的影响，并建议如何弹性表面可用于纳米纤维。
2011-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Activity-controlled Annealing of Colloidal Monolayers
分子马达是生命的基本要素，它们产生额外的波动，促进运输和协助组装。自我推进的胶体，消耗能量移动，拥有类似的潜力，为人工组装的微粒。然而，缺乏实验表明它们在材料科学中的作用。我们的工作是探索由活性胶体产生的内力控制的人造材料的设计。在这里，我们展示了一个大规模的加速退火的单层被动珠适度添加自推进微粒。我们合理化我们的观察与碰撞模型，驱动主动波动，以克服动力学障碍，激活退火。实验进行了定量比较布朗动力学模拟，进一步揭示了退火机制的动态过渡。活性掺杂剂在系统中均匀地移动或由于其运动的持续性而在晶界处共定位。我们的发现揭示了由内部活动控制的人造材料的潜力，并为材料科学的崛起奠定了基础。
2019-09-16 cond-mat.soft
Multi-objective optimization for targeted self-assembly among competing polymorphs
本文提出机器学习引导的多目标优化算法，寻找能同时最大化目标多晶型热力学产率与动力学可达性的相互作用势，并揭示二者在竞争多晶型下的帕累托权衡关系。
2025-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Controllable Capillary Assembly of Magnetic Ellipsoidal Janus Particles into Tunable Rings, Chains and Hexagonal Lattices
流体界面上的胶体组装在自下而上制备新型结构材料方面具有巨大的潜力。然而，在实现颗粒到不同结构中的可控和可调组装方面仍然存在挑战。在这里，我们报告的磁性椭球Janus粒子在流体-流体界面的毛细管组装。根据它们的倾斜角，即颗粒主轴与流体界面形成的角度，这些颗粒使界面变形并产生毛细偶极子或六极。在毛细管相互作用的驱动下，多个颗粒因此组装成链状、六方晶格状和环状结构，这可以通过施加外部磁场来主动控制。我们预测的场强相图中，各种结构是目前作为稳定状态。由于组装结构的多样性，可控性和可调性，因此，在流体界面处的磁性椭球Janus粒子可以作为新材料的通用构建块。
2020-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Polymersomes confined self-assembly: micellisation in 2D
生物系统利用自组装来创建复杂的结构，其排列从分子到介观水平都受到精细控制。在这里，我们报告了一个例子，使用全合成系统，模拟两个层次的自组装。我们表明，使用两亲性共聚物的化学性质选择控制膜的形成和膜限制的相互作用的囊泡的形成。我们报告的聚合物囊泡的图案，出现在聚合物囊泡表面的工程界面张力。这允许通过化学合成来定制其拓扑结构的结构域的形成，从而为功能上类似于在病毒和运输囊泡中发现的那些的复杂超分子设计铺平了道路。
2015-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Focussing frustration for self-limiting assembly of flexible, curved particles
研究可变形弯曲壳状胶体颗粒中几何挫败导致的自限制组装，通过曲率聚焦机制和连续介质理论结合模拟，揭示堆叠尺寸由弯曲成本与粘附能比值控制，并提出通过调节粘附范围和横向斑块化抑制挫败逃逸以编程有限组装尺寸的策略。
2022-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microphase Equilibrium and Assembly Dynamics
尽管有许多尝试，有序的平衡微相尚未获得实验胶体悬浮液。最近对微观的、基于粒子的微相形成剂的平衡相图的计算[Zhuang等人，物理修订信函116，098301（2016）]发现这种中尺度组件是热稳定的。在这里，我们考虑他们的平衡和组装动力学。在中间密度以上的有序-无序过渡，我们确定了四个不同的动力学制度和结构变化的基础上的动力学交叉从一个无序制度到下一个。在有序-无序转变下，我们还发现，周期性的laminates是最动态可访问的周期性微相。因此，我们的分析提供了一个全面的看法，无序的微相动力学和路线的组装周期性微相在一个假定的良好控制的实验系统。
2017-07-10 cond-mat.soft
Viscosity control of the dynamic self-assembly in ferromagnetic suspensions
近年来，对悬浮在液-气或液-液界面上的铁磁胶体的动态自组装研究揭示了从线性蛇到轴对称星状等多种多样的动态结构，这些动态结构表现出伴随着大尺度流体动力学流动的磁有序的新形态。基于控制实验和第一性原理理论，我们认为，从蛇到紫苑的过渡是由悬浮液的粘度，低粘度的液体有利于蛇和更粘，紫苑。通过获得时间平均的纳维-斯托克斯方程的解析解，我们可以深入了解平均流体动力学流动的作用和控制自组装的力的总体平衡。我们的研究结果表明，粘度可以用来控制动态自组装的磁性胶体悬浮液的结果。
2013-04-17 cond-mat.soft
Assembly of nothing: Equilibrium fluids with designed structured porosity
受控的微观至中尺度孔隙度是常见的材料设计目标，其可能的应用范围从分子气体吸附到颗粒尺寸选择性渗透性或溶解性。在这里，我们使用统计力学的逆方法来设计一个各向同性的对相互作用，在没有外部场的情况下，组装成一个不均匀的{ \em流体}矩阵的颗粒周围的预定大小的孔有序的晶格形态。可以通过改变温度或颗粒浓度来调节孔径。此外，调制密度揭示了一系列丰富的微相分离的形态，包括孔或颗粒为基础的晶格，孔或颗粒为基础的列，和双连续或层状结构。探讨了孔隙组装对设计相互作用势形式的敏感性。
2016-03-10 cond-mat.soft
Dynamic self-assembly of microscale rotors and swimmers
生物系统通常涉及基本成分的自组装成复杂的功能结构。模拟这种过程的人工系统可以提供一个良好的控制环境，以探索所涉及的原理，并合成有用的微机器。我们的实验表明，不动的，但积极的，组件自组装成两种类型的结构，表现出运动的基本形式：平移和旋转。具体来说，微米级金属棒被设计成在化学燃料存在的情况下诱导可延伸的表面流动;这些棒彼此相互作用并配对以形成游泳者或转子。这样的对可以在这两种构型之间可逆地转变，导致使人想起细菌奔跑和翻滚运动的动力学。
2015-12-02 cond-mat.soft
Fast and rewritable colloidal assembly via field synchronized particle swapping
我们报道了一种利用外部调制磁性衬底上粒子缺陷的受控运动来实现可重构胶体晶体的技术。通过向铁氧体石榴石膜施加均匀旋转磁场来诱导颗粒的传输，所述铁氧体石榴石膜的特征在于磁泡的周期性晶格。对于填充因子大于一个胶体每个气泡域，粒子电流产生于传播缺陷，其中粒子同步交换它们的位置时，从一个被占领的域传递到下一个。所施加的交变磁场的振幅可用于通过交换机制置换多余的颗粒，或以预定速度移动整个胶体系统。
2015-07-07 cond-mat.soft
Self-assembly and crystallisation of indented colloids at a planar wall
我们报告的实验和模拟研究的单层缩进（“锁和钥匙”）胶体的结构，在一个平面上。在添加具有规定半径和体积分数的非吸收性聚合物时，在胶体之间诱导耗尽相互作用，具有受控的范围和强度。对于球形颗粒，这会导致结晶，但在模拟和实验中，锯齿状胶体比球体更不容易结晶。然而，模拟表明，缩进的胶体确实形成了塑料（旋转体）晶体。我们讨论的条件下，这种情况发生，和较低的对称性晶体状态的可能性。我们还评论这些国家的动力学可访问性。
2014-12-04 cond-mat.soft
Controlling the micellar morphology of binary PEO-PCL block copolymers in water-THF through controlled blending
我们从实验和理论上研究了二元嵌段共聚物在稀溶液中的自组装，其中自组装是通过将溶剂从普通良溶剂THF改变为选择性溶剂水来触发的，并且其中两种物质在水中分别形成囊泡和球形胶束。我们发现，在水中，这些嵌段共聚物的胶束间交换非常缓慢，使得自组装结构处于局部而非全局平衡（即，它们是非遍历的）。这开辟了控制胶束形态的化学和动力学。具体地说，当两种物质首先溶解在THF中，然后通过用水稀释进行混合和自组装（“预混合”）时，发现形态取决于两种物质的混合比，随着我们增加球形形成者的比例，逐渐从囊泡通过“球状”杆、环、Y-结并最终到球形胶束。另一方面，如果这两种物质在混合和进一步自组装（“中间混合”）之前首先部分自组装（通过溶剂与水的部分交换），则出现新的亚稳态结构，包括纳米级袋。这些实验结果证实了自洽的场论计算（SCFT）再现的序列中看到的预混合实验的形态。SCFT还揭示了聚合物组合物和聚集体曲率之间的明确耦合，正曲率和负曲率的区域分别通过球体形成者的富集和耗尽而稳定。我们的研究表明，嵌段共聚物的热力学和动力学共混是有效的设计参数，以控制所得的结构，并使我们能够获得比单峰嵌段共聚物溶液更丰富的纳米形态。
2011-06-27 cond-mat.soft
Particle self-assembly on soft elastic shells
我们使用数值模拟来展示如何非相互作用的硬粒子绑定到一个可变形的弹性壳可以自组装成各种线性模式。这是壳体变形的非平凡弹性响应的结果。图案的形态可以通过表面的机械性质来控制，并且可以通过改变颗粒的结合能来微调。我们还重复计算了一个完全灵活的链，并发现链构象遵循类似的纳米粒子在类似的条件下形成的模式。我们提出了一个简单的方法来理解和排序不同的结构，并将其与壳的基本形状过渡。最后，我们讨论了我们的结果的影响。
2010-10-12 cond-mat.soft
Alignment induced re-configurable walls for patterning and assembly of liquid crystal skyrmions
Skyrmions吸引了迅速增长的兴趣，由于其拓扑性质和独特的方面，潜在的新的应用，如数据存储和软机器人。它们还可以作为设计材料、自组装材料和功能性软材料的关键元素。虽然不是真正的粒子，但这些skyrmion的行为就像粒子它们彼此相互作用，可以通过电场、表面锚定和光来驱动。另一方面，它们是具有真实粒子所不具备的性质的场组态。在这里，我们表明，通过对齐诱导的吸引和排斥壁，skyrmions在手性双折射液晶可以精确地控制和编程，作为合适的积木实现上述目标。我们的工作可能会刺激新的实验努力和伴随的应用在这个方向。
2020-12-11 cond-mat.soft
Cluster formation via sonic depletion forces in levitated granular matter
小团簇的性质可以与相同成分的体相显著不同。在平衡状态下，团簇组装最近已经被探索，而在平衡状态下，团簇的物理原理仍然难以捉摸。这些原理是从分子组装到颗粒物质形成行星的现象的基础。在这里，我们引入声悬浮作为一个平台，实验探测非平衡小结构的形成在一个受控的环境。我们专注于团簇形成的极小模型：二维中的六和七毫米尺度的粒子。实验和建模表明，与热胶体相反，在非平衡颗粒系综中，活性波动的大小不仅控制着组装速率，而且控制着组装路径和基态统计。这些结果为非侵入性地操纵宏观粒子、调整它们的相互作用和指导它们的组装开辟了新的可能性。
2018-08-11 cond-mat.soft
Reshaping elastic nanotubes via self-assembly of surface-adhesive nanoparticles
具有宏观尺寸的弹性片材容易通过弯曲和拉伸而变形。然而，通过机械操作来塑造纳米片是很困难的。在这里，我们表明，纳米粒子自组装可以用于这一目的。通过蒙特卡罗模拟，我们证明了粘附在弹性纳米管外表面上的球形纳米颗粒可以通过曲率介导的相互作用自组装成线性结构。我们发现纳米颗粒在可拉伸的纳米管上排列成环状或螺旋状，在具有高拉伸刚性的纳米管上排列成轴向弦状。这些自组装结构与各种变形的纳米管轮廓密不可分，这些轮廓可以通过调节纳米颗粒的浓度、纳米颗粒-纳米管直径比和纳米管的弹性特性来控制。我们的研究结果打开了设计纳米颗粒负载的管状纳米结构与定制的形状，在材料科学和纳米医学的潜在应用的可能性。
2011-01-05 cond-mat.soft
Self-limiting states of polar misfits: Frustrated assembly of warped-jigsaw particles
本文通过连续介质理论与离散模拟，研究翘曲拼图颗粒的极性形状错配如何决定自限域基态组装，发现其产生两种极性自限带形态，并揭示了结合各向异性与错配取向控制形态选择，为编程自限组装提供设计依据。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Computational Study of Trimer Self-Assembly and Fluid Phase Behavior
采用平面直方图蒙特卡罗方法，确定了由一个中心吸引珠和两个排斥珠组成的三聚体颗粒的流体相图作为简单几何参数的函数。根据三聚体的状态和形状，得到了各种自组装结构，包括球形胶束状簇，细长簇和密集堆积的圆柱体。采用先进的模拟技术，以确定自组装结构和宏观相之间的过渡，使用热力学和结构的定义。颗粒几何形状的简单变化产生相行为的显著变化，范围从宏观流体相分离到分子尺度的自组装。在特殊情况下，自组装，拉长的集群和体相分离同时发生。我们的工作表明，调整粒子形状和相互作用可以产生具有受控结构的超结构。
2015-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From Coffee Rings to Self-Driven Assembly: Active Matter Enabled Design of Drying Droplets
Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究探讨活性物质在干燥液滴中的作用，揭示自驱动流体、界面应力和接触线行为的关键机制，提出可控沉积与功能界面设计策略。
2026-05-14 cond-mat.soft
Self-assembly scenarios of patchy colloidal particles
精确设计片状胶体颗粒表面装饰的快速进展为在软物质系统中为更大、更复杂的结构创建建筑实体提供了一种新的、但没有经验的自由。然而，要预测这些粒子在外部参数（如温度或压力）变化下能够经历的各种有序平衡结构是非常困难的。本文证明了，通过两种新的理论工具的结合，确实有可能预测片状胶体粒子的自组装：一方面，基于进化算法思想的可靠而有效的优化工具有助于识别T = 0时期望的有序平衡结构;另一方面，合适的模拟技术允许通过自由能计算来估计有限温度下的相图。有了这些强大的方法，我们能够识别各种各样的新兴的自组装方案的球形胶体装饰四补丁，我们调查和讨论的稳定性的晶体结构上修改在一个可控的方式四面体排列的补丁。
2012-06-13 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
Layer-by-layer assembly of colloidal particles deposited onto the polymer-grafted elastic substrate
利用自洽场和密度泛函理论，我们提出了一种在聚合物接枝基底上实现胶体空间有序排列的新途径。我们发现，接枝聚合物到基板上可以有效地控制沉积的胶体之间的平衡的结果的空间分散的胶体沉降力和熵弹性力的刷子，和胶体可以形成意想不到的有序结构上的接枝基板。胶体颗粒在弹性“软”基底上的沉积过程包括两个步骤：刷介导的胶体晶体的一维排列和受控的逐层生长，所述逐层生长由非吸附性聚合物溶剂熵驱动，随着颗粒的增加。结果表明，通过简单地使用接枝基板，而不是周期性图案化的模板，在适当选择的胶体尺寸，有效的沉积电位，刷覆盖密度的高度有序和无缺陷的结构的生产的可能性。
2006-11-04 cond-mat.soft
