Rheology of bidisperse suspensions at the colloidal-to-granular transition
School of Engineering, The University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院）；School of Physics and Astronomy, The University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）
研究双分散悬浮液在胶体到颗粒过渡时的流变学行为，揭示了不同组分比例下粘度和剪切变稠特性变化规律。
2025-06-05 cond-mat.soft
Filled Colloidal Gel Rheology: Strengthening, Stiffening, and Tunability
本研究通过实验与模拟揭示了固体填充物对胶体凝胶流变特性的影响机制，发现填充单调增强屈服应力但弹性模量先增后降，并提出“填充物移除方案”实现对凝胶强度与脆性的单独调控。
2024-04-28 cond-mat.soft
Dynamics and rheology of 2D colloidal crystals with active anisotropic impurities
本研究设计了包含活性PS-Pt Janus粒子的二维胶体晶体模型，发现少量活性杂质的运动能驱动界面发生从类固态到类液态的相变，其局部扰动对整体粘弹性产生长程效应，为复杂流体界面系统提供了见解。
2023-11-23 cond-mat.soft
Coupling between long ranged repulsions and short ranged attractions in a colloidal model of zero shear rate viscosity
在这项工作中，我们分析了一个各向同性胶体模型，结合了短程粘性吸引和远程静电排斥。我们计算了稀胶体悬浮液的零剪切粘度和第二维里系数（即，仅对相互作用）作为吸引和排斥的强度的函数。我们还开发了一种分析近似，使我们能够更好地理解这两种类型的相互作用的耦合。吸引力和排斥力对零剪切粘度和第二维里系数的影响方式不同，导致第二维里系数相同但零剪切粘度不同的情况。分析近似表明，相互作用耦合的机理是长程排斥作用可以削弱短程吸引作用的影响。这种效应改变了斥力如何改变零剪切粘度。吸引力和排斥力独立作用，都会增加系统的粘性系数。然而，当两种类型的相互作用一起考虑时，排斥可以屏蔽吸引相互作用的效果，从而降低粘度。
2022-02-18 cond-mat.soft
Local Elasticity in Nonlinear Rheology of Interacting Colloidal Glasses Revealed by Neutron Scattering and Rheometry
胶体悬浮液的流动在自然界和工业中普遍存在。胶体悬浮液具有广泛的流变行为，这与体系的微观结构密切相关。利用原位小角中子散射和流变学测量，研究了电荷稳定胶体玻璃在稳态剪切作用下的变形行为。一个短暂的，局部的弹性响应在粒子水平，称为瞬态弹性区（TEZ），被确定从中子谱。TEZ的存在是动力学不均匀性的标志：剪切下的流体在TEZ的空间范围内表现得像弹性固体，但在TEZ之外则像流体。在剪切变稀区，随着剪切速率的增加，TEZ的尺寸逐渐减小，表明剪切变稀伴随着动力学不均匀性的减小。更有趣的是，TEZ被发现是结构单元，它提供了对所施加的剪切力的抵抗力，这可以通过TEZ所承受的局部弹性应力与在低和中等剪切速率下流变学测量的宏观应力之间的定量一致性来证明。除了荷电稳定的胶体悬浮液，硬球胶体悬浮液在相同的体积分数和剪切速率也进行了测量。结果表明，粒子间的静电斥力在提高局部弹性中起着关键作用。我们的研究结果提供了一个理解的非线性流变相互作用的胶体玻璃从微观力学的观点。
2018-12-12 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
Nonlinear response of dense colloidal suspensions under oscillatory shear: Mode-coupling theory and FT-rheology experiments
采用理论、实验和模拟相结合的方法，研究了稠密胶体悬浮液对大振幅振荡剪切流的非线性响应。与时间相关的应力响应计算使用最近开发的示意模式耦合型理论描述外部施加的流量下的胶体悬浮液。对于有限的应变振幅的理论产生的非线性响应，其特征在于显着的高次谐波的贡献。该理论的一个重要特点是预测一个理想的玻璃化转变在足够强的耦合，这是伴随着不连续的外观的动态屈服应力。对于所考虑的振荡剪切流，我们发现，屈服应力起着重要的作用，在确定的非线性的时间相关的应力响应。我们的理论研究结果得到了强烈支持的两个大振幅振荡（LAOS）实验（FT-流变学分析）的热敏核-壳颗粒分散在水中的悬浮液和布朗动力学模拟上进行的二维二元硬盘混合物。特别是，理论预测的非平凡值的指数管理的最终衰减的存储和损耗模量作为应变振幅的函数，这是非常符合模拟和实验。在所提出的示意性模型中的一组一致的参数实现了联合描述线性模量，非线性流动曲线和大振幅振荡光谱。
2010-10-13 cond-mat.soft
Nonlinear rheology of dense colloidal dispersions: a phenomenological model and its connection to mode coupling theory
在三个不同的层次上讨论了稠密胶体分散体的流变特性，特别是剪切稀化。广义现象学麦克斯韦模型给出了一个广泛的框架连接玻璃态动力学的线性和非线性流变致密的无定形颗粒的解决方案。第一原理模式耦合理论计算的时间或频率依赖的剪切模量给出定量的结果，分散体的硬胶体球的线性制度。将模式耦合理论扩展到非线性区域的示意性模型恢复了广义Maxwell模型的现象学，并预测了流动曲线的普遍特征，应力与剪切速率。
2005-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Computer simulations of colloidal gels: how hindered particle rotation affects structure and rheology
使用计算机模拟研究了颗粒粗糙度和短程非中心力对胶体凝胶的影响，其中颗粒在旋转时经历能量的正弦变化。最小值$n$的数目和能量尺度$K$是关键参数;对于大的$K$和$n$，粒子旋转受到强烈阻碍，但是对于小的$K$和$n$，粒子旋转几乎是自由的。利用分形维数、结构因子、配位数分布、键角分布和线性流变学对一系列体系进行了模拟和表征。当粒子容易旋转时，团簇会重组以利于密集堆积。这导致更长的凝胶化时间和具有股状形态的凝胶。这种凝胶的弹性模量在高剪切频率下按$G' \propto ω^{0.5}$的比例缩放为$ω$。相反，受阻粒子旋转抑制重组，并导致快速凝胶化和扩散形态。这样的凝胶更硬，具有$G'\proptoω^{0.35}$。在低势垒和高势垒状态下的粘性模量$G''$分别根据指数$0.53$和$0.5$缩放。弹性和粘性行为之间的交叉频率通常随着旋转障碍的增加而增加。这些发现同意定性与最近的一些实验上的异质表面颗粒和DLCA型凝胶和凝胶的光滑球体的研究。
2019-09-03 cond-mat.soft
Rheology of colloidal microphases in a model with competing interactions
模拟具有竞争相互作用的胶体颗粒模型，研究了胶体微相的二维流变特性。由于短程吸引力和长程排斥力之间的竞争，作为密度的函数，该模型表现出各种微相，如团簇，条纹或带有气泡的晶体。我们准备在一个有限的微相系统采用蒙特卡罗模拟，然后淬火系统在T=0。然后通过施加拖曳力曲线来剪切所得到的配置。我们集成数值的运动方程的颗粒和分析的动力学作为密度和施加的应变率的函数。我们测量的应力-应变曲线和表征的胶体微相的屈服。结果取决于微相的类型：（i）团簇容易沿层剪切，旋转有助于相对运动。(ii)平行于流动方向的条纹容易剪切，垂直于流动方向的条纹容易堵塞，在足够强的剪切速率下，垂直条纹的方向与流动方向一致。(iii)具有气泡的晶体通过沿着气泡破裂并最终形成条纹而屈服。我们讨论的位错，所发射的气泡，在屈服过程中的作用。
2008-02-08 cond-mat.soft
Weak Long-Ranged Casimir Attraction in Colloidal Crystals
我们研究了电荷稳定的胶体悬浮液的理想模型的自由能的几何约束的影响。该系统的平均场泊松-玻尔兹曼公式预测大离子胶体球之间的纯排斥。简单离子分布的波动提供了一种机制，使大离子在大的分离处相互吸引。虽然这种Casimir相互作用是长程的，但它太弱而不能影响胶体晶体的动力学。
2001-07-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural and dynamical features of multiple metastable glassy states in a colloidal system with competing interactions
短程吸引力和长程排斥力相互竞争的系统本质上是失败的，导致它们的结构和动力学要么由介观有序要么由亚稳态无序主导。在这里，我们报告后一种情况下，在一个胶体系统与远程静电排斥和短程耗尽的吸引力。我们发现各种状态表现出缓慢的非扩散动力学：凝胶，玻璃态的集群，和一个国家让人想起维格纳玻璃。改变相互作用，我们发现一个连续的交叉之间的维格纳和集群玻璃态，和一个尖锐的不连续过渡之间的维格纳玻璃态和凝胶。这种差异反映了这样一个事实，即动态逮捕是由排斥的两个玻璃态和吸引力的情况下的凝胶。
2010-02-08 cond-mat.soft
First-Principles Constitutive Equation for Suspension Rheology
我们提供了一个详细的推导最近开发的第一原理方法来计算系统的平均值的相互作用，球形布朗粒子下随时间变化的流。虽然我们把自己限制在均匀和不可压缩的流动，时间依赖性和几何形状（如剪切，延伸）是任意的。模式耦合理论中的近似公式特别适用于稠密的胶体悬浮液，并捕获了由颗粒相互作用引起的缓慢弛豫以及由此产生的向非晶态固体的玻璃化转变。胶体悬浮液中缓慢的结构弛豫和随时间变化的外部流动之间的微妙相互作用可以在完全张量理论中进行研究。
2012-05-09 cond-mat.soft
Nonlinear rheology of colloidal dispersions
胶体分散体在日常生活中很常见，是一类重要的复杂流体。对于许多商业产品和工业过程特别重要的是通过调节组分之间的微观相互作用来控制和操纵分散体的宏观流动响应的能力。实现这一目标的一个重要步骤是强大的理论方法的发展预测从第一原理的流变学和非平衡微观结构的定义明确的模型系统受到外部流。在这篇综述中，我们给出了一些有前途的理论方法和他们试图描述的现象的概述，为简单起见，集中在系统的胶体粒子通过强排斥，球对称相互作用。在介绍各种理论时，我们将首先考虑低体积分数系统，对于这些系统，可以导出许多精确的结果，然后再考虑中间和高体积分数状态，这些状态既有最有趣的物理学，也有最苛刻的技术挑战。在高体积分数制度，特别强调将给予动态逮捕状态的流变学。
2010-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A unified description of the rheology of hard-particle suspensions
布朗或胶体颗粒（直径$d \lesssim 1$ $μ$ m）的悬浮液的流变学与较大颗粒（$d \gtrsim 50$ $μ$ m）的悬浮液的流变学明显不同。这两个制度中的每一个已经被单独研究，但流动的悬浮液与中间粒径（1 $μ\textrm{m} \lesssim d \lesssim 50$ $μ$ m），这在应用中普遍存在，仍然知之甚少。通过测量具有广泛尺寸范围的硬球悬浮液的流变学，我们实验表明，剪切增稠驱动从胶体到颗粒流的过渡跨越中间尺寸制度。这一见解使得有可能在全尺寸范围内统一描述硬球的（非惯性）流变学。此外，我们能够测试一个新的理论摩擦诱导剪切增稠，表明我们的数据可以很好地拟合使用从它派生的表达式。
2015-08-24 cond-mat.soft
Power law viscoelasticity of a fractal colloidal gel
幂律流变学在复杂材料中广泛存在，其特征在于存在非常宽范围的微观结构长度和时间尺度。虽然存在能够再现所观察到的流变学特征的唯象模型，但一般来说，与这种机械行为的微观起源的良好联系仍然缺失。作为一个模型系统，这项工作的重点是分形胶体凝胶。我们彻底表征了样品的线性幂律流变性及其年龄依赖性。我们表明，在所有的样品年龄和各种流变测试的凝胶线性粘弹性是非常准确地描述了分数麦克斯韦（FM）模型，其特征在于由幂律行为。由于一个独特的设置，耦合小角度的静态和动态光散射的流变测量，我们证明了在线性制度中观察到的幂律流变学起源于可逆的非仿射重排，并讨论了FM模型和凝胶的微观结构之间的可能关系。
2018-10-05 cond-mat.soft
Short-time Rheology and Diffusion in Suspensions of Yukawa-type Colloidal Particles
对带电胶体球悬浮液的短时动力学进行了全面的研究。探索的参数空间涵盖了流体状态制度的主要部分，胶体浓度延伸到冻结过渡。粒子被假定为直接相互作用的硬核加屏蔽库仑势，并间接溶剂介导的流体动力学相互作用（HI）。通过与精确的加速Stokesian动力学（ASD）模拟的流体动力学函数H（q）和高频粘度的比较，我们研究了两个快速和易于实现的分析方案的准确性。第一个方案，称为成对添加剂（PA）计划，使用精确的两体流体动力学迁移率张量。这是在良好的协议与ASD模拟的H（q）和高频粘度，较小的体积分数高达约10%和20%，分别。第二种格式是结合了Beenakker和Mazur的δγ-格式和PA格式的优点的混合格式。它导致预测与模拟数据吻合良好，所有考虑的浓度，从而结合精度与计算效率。混合方法被用来测试的广义斯托克斯-爱因斯坦（GSE）关系提出的Kholodenko和道格拉斯的准确性，显示其严重违反低盐度系统。然而，对于硬球，这个GSE关系适用得相当好。
2011-09-06 cond-mat.soft
Phase equilibria and glass transition in colloidal systems with short-ranged attractive interactions. Application to protein crystallization
本文研究了一个复杂流体模型，该模型由通过硬核和短程吸引势（汤川势和方阱势）相互作用的粒子组成。使用混合的方法，包括一个自洽的和相当准确的近似的液体积分方程的情况下的汤川流体，微扰理论来评估的晶体自由能，和模式耦合理论的玻璃化转变，我们确定了系统的平衡相图和过冷流体和玻璃相之间的平衡线。对于这些潜在的，我们研究的相图为不同的值的潜在范围，排斥核的直径的相互作用的范围的比率是主要的控制参数。我们的论点是相关的各种系统，从密集的胶体系统与耗尽力，通过颗粒凝胶，纳米颗粒聚集，和球状蛋白质结晶。
2001-11-12 cond-mat.soft
Rheology primer for nanoparticle scientists
力学性能与系统的结构和动力学有着内在的联系。研究力学性能的主要工具是流变学和微观流变学。这些技术可以专注于任何种类的胶体系统和/或纳米结构的宏观和微观机械性能。可以进行几种实验来研究胶体系统的力学性质;然而，它们的解释可能并不总是简单的。在这里，我们的目的是为初学者提供一个简单的指南，最常见的流变学实验。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Schematic Mode Coupling Theory of Glass Rheology: Single and Double Step Strains
模式耦合理论（MCT）在解决硬球胶体玻璃的流变性方面取得了显着的成功，也解决了软胶体玻璃如星形聚合物的流变性问题。在这里，我们探讨了最近开发的MCT为基础的示意性本构方程的理想化的实验方案下，涉及单，然后双步骤应变的属性。我们发现强烈的偏离预期的基础上可分解，BKZ型本构模型。具体地说，在施加两个相等且相反的阶跃应变之后，非零应力仍然存在很长时间;这种残余应力是塑性形变的标志。我们还讨论了假设瞬时阶跃应变和快速斜坡之间的区别。这些在我们的MCT方法中通常是不等价的，后者更有可能捕获实验“步骤”菌株的物理特性。这种区别指出可逆滞弹性和不可逆塑性重排所起的不同作用。
2012-03-28 cond-mat.soft
A model colloidal gel for coordinated measurements of force, structure, and rheology
我们介绍了一个模型凝胶系统，其中胶体的力量，结构和流变学测量的流变学和显微镜技术与光镊的平衡的要求。空间稳定的聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）胶体悬浮在环己烷（CH）和环己基溴（CHB）与稀释的聚苯乙烯作为消耗剂。包含37%重量分数CH的溶剂提供足够的折射率对比度以实现光学捕获，同时保持良好的共焦成像质量和对本体流变学的最小沉降效应。在此条件下，在耗尽剂浓度c = 8.64 mg/mL（c/c* = 0.81）时，光阱结果显示50%的键在3.3 pN时断裂。相应凝胶（体积分数= 0.20）的线性应变依赖弹性模量为G' = 1.8Pa，并且凝胶结构中颗粒的平均接触数为5.4。这些结构和流变参数类似于弱聚集和簇状的胶体凝胶。因此，模型凝胶产生的颗粒间的力，微观结构，和体积流变学在一个单一的实验系统中的伴随表征，从而引入这些实验措施的模型和模拟的同时比较。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Machine learning short-ranged many-body interactions in colloidal systems using descriptors based on Voronoi cells
Utrecht University（乌得勒支大学）；University of Dundee（邓迪大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
本文提出了一种基于沃罗诺伊单元的机器学习方法，用于准确捕捉胶体系统中短程多体相互作用的特性，并强调了多指标评估在ML势能质量评估中的重要性。
2026-01-08 cond-mat.soft
Evidence for Unusual Dynamical Arrest Scenario in Short Ranged Colloidal Systems
本文报道了用分子动力学模拟方法对短程吸引方阱（SW）势作用下粒子间相互作用的研究。计算的恒定扩散系数$D$在温度填充分数平面的轨迹示出了再入行为，即扩散率在冷却时增加，证实了先前由短程势粒子理论预测的高体积分数动态停滞情景的重要部分。由短程键合引起的更有效的局部化机制平均而言提供了与硬球情况相比额外的自由体积，并且导致更快的动力学。
2002-01-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Shear-thinning in dense colloidal suspensions and its effect on elastic instabilities: from the microscopic equations of motion to an approximation of the macroscopic rheology
在其玻璃化转变附近，致密的胶体悬浮液在实验时间尺度上获得弹性性质。我们调查的粘弹性流动不稳定性在弯曲的几何形状，这种材料的可能性。为此，我们首先提出了一个通用的策略，扩展第一性原理的方法的基础上，预测到慢变量（到目前为止，仅限于严格均匀流），以处理不均匀性。特别是，我们分离的平流的微观结构的流动，在起源的波动平流项，从内在动力学。由于所涉及的方程的复杂性，我们选择了一个急剧简化的理论，以建立其潜在的描述不稳定性。这些非常强的近似导致本构方程的白色Metzner类，其参数与实验测量的玻璃形成的胶体分散体的宏观流变学拟合。该模型适当占剪切稀化性能的分散体，但是，由于近似，描述是不完全定量的。最后，我们进行了线性稳定性分析的实验相关的圆柱形（泰勒-库埃特）的几何形状的流动，并提供证据表明，剪切变稀强烈稳定的流动，这可以解释为什么粘弹性不稳定性没有观察到稠密的胶体悬浮液。
2015-08-19 cond-mat.soft physics.class-ph
Crystallization and gelation in colloidal systems with short-ranged attractive interactions
本文系统地研究了短程吸引胶体体系的平衡相图与非平衡相图之间的关系。使用Monte Carlo和布朗动力学模拟，我们发现一个窗口的增强结晶，这是有限的，在高的相互作用强度的动力学放缓，并在低的相互作用强度的高成核势垒。我们发现，通过两个阶段的结晶过程中的亚稳态气-液双节点的结晶是增强。首先，观察到稠密液体的形成，其次晶体在稠密流体内成核。此外，我们发现，在低胶体包装分数的流体的集群，并在较高的胶体包装分数的一个deletating网络由于逮捕气-液相分离，我们确定与凝胶化。我们发现，这种逮捕是由于结晶在低相互作用能，它是由在高相互作用强度的动力学减慢。同样，我们观察到，在低胶体填充分数形成的集群是结晶在低的相互作用能，但在高的相互作用能玻璃。星系团在相遇时合并。
2008-10-02 cond-mat.soft
Rheology and microrheology of deformable droplet suspensions
软胶体颗粒的稠密悬浮液显示出广泛的物理和流变性质，这些性质仍然远未被完全理解。为了阐明胶体流的变形能力的作用，我们采用计算机模拟来测量的表观粘度的可变表面张力的液滴系统进行压力驱动的流。我们确认，我们的悬浮液一般经历不连续的剪切稀化，并确定的发病的不连续性上的表面张力的依赖性。我们发现悬浮液的有效粘度主要由毛细管数决定。我们提出了积极的微观流变学模拟，其中一个单一的液滴被拖动通过悬浮液。这些也显示了一个动态的相变，类似于一个与不连续的剪切变稀在我们的解释。这种转变是由液滴速度与所施加的力之间的不连续性发出的信号。
2018-08-30 cond-mat.soft
Enhanced Elasticity and Soft Glassy Rheology of a Smectic in a Random Porous Environment
本文报道了液晶辛基氰基联苯（8 CB）在气溶胶凝胶中的频率依赖剪切模量（$G^*(ω)=G'(ω)+iG''(ω)$）的研究。随着近晶序的开始，$G'$随着温度的降低近似线性地增长，达到超过纯8CB的值三个数量级以上的值。在低温下的模量具有幂律分量，$G^*(ω) \sim ω^α$，其指数$α$随着凝胶密度的增加而接近零。$G'$的振幅及其随温度和凝胶密度的变化表明，低温响应是由近晶中的密集的缺陷群所主导的。相比之下，当8CB是各向同性或均质时，模量由胶体凝胶的弹性行为控制。
2005-02-18 cond-mat.soft
The role of weak charging in metastable colloidal clusters
我们研究亚稳态集团在胶体系统中的竞争相互作用。短程聚合物诱导的吸引力驱动聚簇，而弱的长程静电排斥力阻止广泛的聚集。我们比较实验产量的集群结构的理论，假设简单的竞争各向同性的相互作用。对于大小为$4\leq m\leq6$的簇，产率显著低于预期。我们将此归因于与簇对称性相关的各向异性自组织表面电荷分布：静电排斥和聚合物诱导的吸引力的非加性。7-元簇具有作为吸引相互作用强度的函数的预期五角双锥结构的明确的最佳产率。
2009-05-20 cond-mat.soft
Mechanical response of a thick poroelastic gel in contactless colloidal-probe rheology
当刚性物体接近粘性流体中的软材料时，在润滑接触区域中产生流体动力应力，并使软材料变形。弹性形变又改变了流动，因此产生了软润滑耦合。此外，软弹性体和凝胶通常是多孔的。这些材料可以填充有溶剂或未交联的聚合物链，并且可能对周围的流体是可渗透的，这进一步使描述复杂化。在这里，我们推导出一个半无限的和可渗透的多孔弹性基板的点力响应。然后，我们使用这个基本的解决方案，以解决特定的多孔弹性润滑耦合与非接触式胶体探针方法。特别是，我们推导出保守和耗散组件的力与振荡的垂直运动的一个球体接近多孔弹性基板。我们的研究结果可能是相关的动态表面力装置和非接触式胶体探针原子力显微镜实验软，活的和/或脆弱的材料，如溶胀的水凝胶和生物膜。
2022-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
How to impose stick boundary conditions in coarse-grained hydrodynamics of Brownian colloids and semi-flexible fiber rheology
胶体颗粒或纤维之间的长程流体动力学由流体颗粒模型建模。两种方法被认为是强加在胶体表面的流体边界条件。在第一种方法中，在颗粒和溶剂之间施加径向和横向摩擦力，使得对于移动或旋转颗粒遵循正确的摩擦和扭矩。力系数的解析计算和检查的数值模拟。在第二种方法中，胶体粒子和溶剂粒子之间使用的碰撞规则，施加棒边界条件。碰撞规则包括一个概括的Lowe-Anderson恒温器的径向和横向速度差。
2012-02-14 cond-mat.soft physics.comp-ph
Reversibility and hysteresis of the sharp yielding transition of a colloidal glass under oscillatory shear
眼镜的机械响应仍然难以理解。最近的研究结果表明，软玻璃的振荡流变学伴随着一个尖锐的非平衡转变的微观动力学。在这里，我们同时使用X射线散射和流变学来研究在胶体玻璃的振荡剪切中观察到的从各向异性固体到各向同性液体动力学的急剧对称性变化的可逆性和滞后性[D. V. Denisov，M. T.当湾，澳-地Struth，A. Zaccone和P. Schall，Sci. Rep. 5，14359（2015）]。我们使用应变扫描与增加和减少应变振幅表明，在类比平衡过渡，这种尖锐的对称性变化是可逆的，并表现出系统的频率依赖性滞后。使用非仿射响应形式主义的非晶态固体，我们表明，这些滞后效应产生的频率相关的非仿射结构笼重排在大应变。这些结果巩固了一阶振荡剪切过渡的性质，并通过测量和理论建模量化相关的滞后效应。
2016-03-16 cond-mat.soft
A First-Principles Constitutive Equation for Suspension Rheology
利用模态耦合理论，导出了稠密胶体悬浮体在任意时变均匀流场中的非线性流变学本构方程。推广以前的结果为简单的剪切，这使得完整的张量结构的理论被确定。宏观变形的措施，如柯西-格林张量，从而出现。应力和变形的微观结构之间的直接关系也是如此，从而阐明了缓慢的结构松弛和任意施加的流动之间的相互作用。我们目前的流动曲线稳定的平面和单轴拉伸，并比较这些简单的剪切。由此产生的非线性Trouton比指向一个张量非平凡的动态屈服条件的胶体玻璃。
2008-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microfluidic rheology of soft colloids above and below jamming
使用定制的微流体流变仪研究了软胶体球悬浮液在堵塞附近的流变学，该流变仪提供了几十年来的应力与应变率。我们发现在堵塞浓度以下的非牛顿行为和屈服应力行为在它上面。数据可以折叠到两个分支的临界标度指数，同意基于赫兹接触和粘性阻力的预期。这些结果支持的结论是，干扰是类似的临界相变，但与相互作用相关的指数。
2010-09-22 cond-mat.soft
Microscopic Activated Dynamics Theory of the Shear Rheology and Stress Overshoot in Ultra-Dense Glass-Forming Fluids and Colloidal Suspensions
我们制定了一个微观的，力的水平，激活动力学为基础的连续启动非线性剪切流变学的超致密玻璃形成硬球流体和胶体悬浮液的ECNLE方法的上下文中的物理力学理论。激活结构松弛被描述为一个耦合的本地-非本地事件，涉及笼和较长范围的集体弹性控制的特征应力松弛时间。理论预测的变形引起的迁移率增强，松弛加速在低值的应力，应变，或剪切速率，稳态结构松弛时间和粘度的表观幂律变薄，在剪切变薄制度的非零激活势垒，稳态剪切应力的速率依赖性的表观Herschel-Bulkley形式，动态屈服或流动应力的不同测量值与填充分数的指数增长，以及变形下的降低的脆性和动态不均匀性先前显示与实验良好一致。这里讨论的中心新问题是瞬态响应的定义特征-应力过冲。与稳态流态相反，理解瞬态响应需要明确处理结构、弹性模量和应力松弛时间的耦合非平衡演化。我们制定了一个新的定量模型，这方面的物理动机和计算易处理的方式。应力过冲的理论预测被证明是在良好的协议与实验观察的亚稳超致密制度的硬球胶体悬浮液作为剪切速率和包装分数的函数，并占变形辅助激活运动是至关重要的瞬态和稳态响应。
2022-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Impact of polyelectrolyte adsorption on the rheology of concentrated Poly(N-Isopropylacrylamide) microgel suspensions
研究了三种水溶性聚电解质对浓缩PNIPAm微凝胶悬浮液流变性的影响，发现PE的电荷符号、浓度和疏水性在温度高于体积相变温度时显著改变凝胶网络强度，揭示了静电作用在热敏微凝胶中的关键调控作用。
2023-05-20 cond-mat.soft
Dynamics and rheology of active glasses
在模式耦合理论的框架内，我们提出了一个简单的模型来描述密集的活动（自推进）的球形胶体粒子的组件。对于各向同性悬浮液，我们证明了玻璃化转变转移到更高的体积分数，通过添加活性，与最近的布朗动力学模拟。预测了活动引起的流体静态结构因子的变化。主动玻璃施加的应变的机械响应被示出为比相应的被动玻璃软;非遍历性参数和屈服应力随着活动的增加而降低。
2014-03-07 cond-mat.soft
Glass Rheology: From mode-coupling theory to a dynamical yield criterion
模式耦合理论（MCT）的玻璃，而提供了一个不完整的描述玻璃化转变物理，代表了唯一建立的路线，第一性原理预测的非遍历材料，如胶体玻璃的流变行为。然而，从MCT导出的本构方程有些棘手，阻碍了它们的实际应用，也阻碍了它们的解释。在这里，我们提出了一个示意性的（单模）MCT模型，其中包括张量结构的完整理论。利用它，我们计算了一大类流动的动态屈服面。
2009-09-28 cond-mat.soft
How Confinement-Induced Structures Alter the Contribution of Hydrodynamic and Short-Ranged Repulsion Forces to the Viscosity of Colloidal Suspensions
了解胶体悬浮液中结构和流变学之间的相关性非常重要，因为这些悬浮液在工业应用中至关重要。此外，胶体在限制下表现出广泛的结构，这可能会大大改变粘度。在这里，我们使用的实验和模拟相结合，以阐明如何限制诱导结构改变流体动力学和排斥力的相对贡献，产生高达十倍的粘度变化。我们使用定制的共聚焦流变仪来成像胶体悬浮液的颗粒配置，同时测量粘度。我们发现一个非单调的趋势下的粘度约束，是强烈相关的微观结构。当间隙减小到低于15个颗粒直径时，粘度首先从其体积值减小，显示出随间隙的波动，然后对于低于3个颗粒直径的间隙急剧增加。此外，我们比较我们的实验结果，两个模拟技术，使我们能够确定流体动力学和短程排斥应力的相对贡献。第一种方法使用润滑近似来找到流体动力学应力，并且包括颗粒之间的短程排斥力，第二种方法是计算悬浮液中的全部流体动力学应力的斯托克斯动力学模拟。我们发现，在适度的约束粘度的降低有显着的贡献，从流体动力学和排斥力，而在小于三个颗粒直径的间隙的粘度增加主要来自短程排斥力。这些结果为受限悬浮液的独特流变行为提供了新的见解，并进一步使我们能够通过改变间隙，多分散性和体积分数等特性来调节粘度。
2017-10-23 cond-mat.soft
Microscopic Theory of Nonlinear Rheology and Double Yielding in Dense Attractive Glass Forming Colloidal Suspensions
本文针对稠密吸引性胶体悬浮液提出自洽微观理论，耦合键断裂与去笼效应，揭示阶跃剪切下塑性响应、静态屈服和双重屈服三种瞬态行为，解释了多种实验现象。
2025-03-10 cond-mat.soft
Arrested phase separation in a short-ranged attractive colloidal system: A numerical study
我们数值研究了通过短程吸引势相互作用的胶体体系中相分离和动力学捕获之间的竞争。在低于临界温度的两个不同的温度下淬火平衡流体构型，并在它们的时间演化过程中进行跟踪。在所研究的最低值$T$下，相分离过程被致密相中有吸引力的玻璃的形成所中断。在较高的$T$下，没有观察到停滞，并且相分离过程在模拟的时间窗内无休止地进行。玻璃的最终结构以冻结的旋节分解峰的形式保留中断的相分离过程的记忆，其位置和幅度由平均堆积分数控制。我们还讨论了时间演化的非遍历性参数，提供证据的逐步减少本地化长度上增加的包装分数。最后，我们确认，报告的结果是独立的微观动力学。
2005-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Aging of a Homogeneously Quenched Colloidal Glass-forming Liquid
采用胶体动力学的非平衡自洽广义Langevin方程理论，描述了具有硬球和短程吸引作用的猝灭模型胶体液体中的非稳态老化过程，其静态结构因子和van Hove函数从猝灭前的初始状态不可逆地演化到最终的动态停滞状态.我们的数值结果与现有的模拟数据的比较是非常令人鼓舞的。
2010-11-17 cond-mat.soft
Unraveling the Role of Frictional Contacts and Particle Orientational Order During Shear-thickening in Suspensions of Colloidal Rods
现在有令人信服的证据表明，颗粒间的摩擦接触是必不可少的观察剪切稠化的浓缩悬浮液的紧凑的颗粒。虽然这激发了许多策略来定制这些系统中的流变学，但在更一般的情况下，即各向异性颗粒的悬浮液，剪切增稠的机制仍然不清楚。在这里，通过同时测量的体积粘度和第一法向应力差，我们表明，强剪切增稠的悬浮液中的胶体棒是伴随着大的正向应力，表明形成一个系统跨越摩擦接触网络。我们还发现，在剪切增稠制度的流动是不稳定的，并表现出相当丰富的时间依赖性。通过进行单粒子分辨共聚焦流变学测量，我们提供了令人信服的证据表明，这种流变学的混乱产生于强耦合之间的强加的流量和颗粒取向顺序。基于这些观察结果，我们设计了具有温度可调摩擦学特性的胶体棒，并证明了实现悬浮液流变学原位控制的可行性。这些研究结果表明，取向秩序和摩擦相互作用之间的相互作用起着至关重要的作用，在稠密的悬浮液的胶体棒的剪切增稠。
2019-06-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The rheology of confined colloidal hard discs
本研究结合粒子分辨实验与含流体动力学相互作用的布朗动力学模拟，探究极端受限准二维硬圆盘胶体的剪切流变特性，揭示其剪切变稀机制及流体动力学相互作用对动量传递的重要性。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulating the rheology of dense suspensions using pairwise formulation of contact, lubrication and Brownian forces
本文提出一种基于成对布朗力、接触力和润滑力的最小化颗粒模型，用于模拟稠密胶体悬浮液，再现剪切变稀和增稠行为，并在LAMMPS中实现，具有线性计算复杂度。
2023-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Theory of Thermodynamic Stresses in Colloidal Dispersions at the Glass Transition
讨论了稠密胶体分散体系在玻璃化转变时的非线性流变学。第一原理方法开始与相互作用的布朗粒子在给定的任意均匀（不可压缩）流忽略水动力相互作用的草图。例如，它解释了在由聚苯乙烯核和交联的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）壳组成的热敏核-壳颗粒的稠密悬浮液中测量的有限剪切速率的稳态流动曲线。简单和广义Herschel-Bulkley定律的指数计算硬球。
2008-05-06 cond-mat.soft
Disentangling glass and jamming physics in the rheology of soft materials
在大密度下，由于拥挤效应可能引起布朗粒子的玻璃化转变，或非布朗粒子的堵塞转变，软粒子体系的剪切流变学变得复杂。在这里，我们成功地探讨了假设，即剪切应力的贡献，从玻璃和干扰物理是“添加剂”。我们表明，在各种软材料中测量的实验流动曲线（胶态硬球、微凝胶悬浮液、乳液、含水泡沫）以及在热和非热极限下获得的软排斥性颗粒的数值流动曲线可以通过一个简单的模型很好地描述，该模型假设玻璃和堵塞流变性对剪切应力有线性贡献，只要在两个扇区中正确识别时间和应力的相关标度。我们的分析证实，胶体硬球的动力学是唯一的玻璃物理控制，而水性泡沫只对干扰效果敏感。我们表明，微米级乳液的贡献都需要成功地占流动曲线，这揭示了这两种现象的不同签名。最后，对于两个系统的软微凝胶颗粒，我们表明，流动曲线是胶体系统的玻璃化转变的代表，并推断微凝胶颗粒是不太适合研究的干扰过渡实验。
2013-02-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unified study of glass and jamming rheology in soft particle systems
我们数值研究了大体积分数下软排斥颗粒的剪切流变学。粘性耗散和热运动之间的相互作用的结果在多个流变制度，包括牛顿，剪切稀化和屈服应力制度附近的“胶态”玻璃化转变时，热波动是重要的，跨越到定性类似的制度附近的“堵塞”过渡时，耗散占主导地位。在交叉区，玻璃和堵塞扇区共存，并给出复杂的流量曲线。虽然玻璃和堵塞限制的特点是类似的宏观流动曲线，我们表明，它们发生在不同的时间和应力尺度，并对应于不同的微观动力学。我们提出了一个简单的流变模型描述的玻璃堵塞交叉的流量曲线，并讨论了我们的研究结果的实验意义。
2012-07-07 cond-mat.soft
Dilatancy in the flow and fracture of stretched colloidal suspensions
浓缩颗粒悬浮液在制药、化妆品和食品工业中是常见的，它显示出令人感兴趣的流变学。特别是，在高体积分数下经常观察到的粘度随应变速率的急剧增加（剪切增稠和堵塞）具有很强的实际和根本重要性。然而，这些产品的制造及其随后的分配通常涉及与简单剪切流实验的流动几何形状基本上不同的流动几何形状。在这里，我们表明，拉伸载荷下的胶体流体的长丝的伸长和断裂是密切相关的堵塞过渡中看到的剪切流变学。然而，修改后的流动几何形状揭示了重要的附加效应。使用一个模型系统，几乎硬核的相互作用，我们提供了令人惊讶的强大的粘弹性在这样的胶体流体在张力下的证据。通过高速摄影，我们还直接观察到结晶和造粒效应，这导致断裂超过临界伸长率。
2011-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multicomponent adhesive hard sphere models and short-ranged attractive interactions in colloidal or micellar solutions
我们调查的粘性参数$t_{ij}=1/(12τ_{ij})$的依赖性-其中$τ_{ij}$是传统的巴克斯特参数-溶质直径$σ_{i}$和$σ_{j}$在多组分粘性硬球（SHS）模型的介观中性粒子的流体混合物。各种简单但现实的相互作用势，在文献中使用的模型\textit{short-ranged attractions}存在于真正的解决方案的胶体或反胶束，进行了审查。我们认为：i）范德华吸引力，ii）硬球损耗力，iii）聚合物包覆的胶体，iv）溶剂化效应（特别是油包水微乳液的反胶束之间的疏水键合和吸引力）。我们映射到一个等效的SHS模型，通过要求第二维里系数的平等，这些潜力。主要的发现是，对于大多数考虑的潜力，大小依赖的$t_{ij}(T,σ_{i},σ_{j})$可以近似由基本上相同的表达式，即一个简单的多项式变量$σ_{i}σ_{j}/σ_{ij}^{2}$，系数取决于温度$T$，或-耗尽相互作用-上的填充分数$η_{0}$的耗尽粒子。
2006-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonlinear rheology of Laponite suspensions under an external drive
研究了合成粘土Laponite胶体悬浮体在均匀剪切应变作用下的非线性流变行为。我们表明，外部驱动器导致急剧放缓的老化动力学，甚至在某些情况下，在振兴的系统。在剪切下，在令人惊讶的长时间后，在静止时观察到的自发老化过程被抑制。然后，系统达到非平衡稳定状态，其特征在于取决于所施加的剪切速率的复数粘度。此外，玻璃表现出非牛顿剪切稀化行为。这些流变行为证实了最近的数值和理论预测。
2003-03-24 cond-mat.soft
On the normal modes of weak colloidal gels
本文研究了弱胶体凝胶的简正模和弛豫速率，并采用不同的胶体间流体动力学相互作用模型进行了计算。本征谱计算自由排水，Rotne-Prager-Yamakawa和加速Stokesian动力学近似的水动力迁移率在正常模式分析的谐波网络代表的凝胶。的正常模式的空间结构表明，集体和能量耗散在凝胶中的措施从根本上改变了远程流体动力学相互作用，而流体动力润滑只影响短波长模式的弛豫速率。考虑长程流体动力相互作用的模型显示出每个正常模式的微观弛豫率，$λ$按$λ\sim l^{-2}$缩放，其中$l$是模式的空间相关长度。对于自由排放近似值$λ\sim l^γ$，其中随着$ϕ$的增加，$γ$在3和2之间变化。一个简单的唯象模型的内弹性响应正常模式波动的发展，这表明，远程流体动力学相互作用发挥了核心作用的凝胶网络的粘弹性。动态模拟表明，由随时间变化的剪切模量测量的应力衰减匹配的正常模式的预测和唯象模型。类似于高分子物理中的Zimm模型，我们的研究结果表明，长程流体动力学相互作用在决定弱胶体凝胶的微观动力学和宏观性质中起着至关重要的作用。
2017-02-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Geometric frustration in small colloidal clusters
我们使用布朗动力学模拟研究了具有竞争相互作用的模型胶体系统中团簇的结构。短程吸引驱动集群，而弱的，长程排斥用于模拟实验系统中的静电充电。前者用短程Morse吸引相互作用处理，后者用排斥Yukawa相互作用处理。对于m= 3，4，5，6，7，10和13的团簇，我们考虑了特定结构团簇的产率与相互作用强度的函数关系。在足够的吸引力的相互作用的强度（约10 kT），平均债券的寿命接近模拟时间尺度和系统变得nonergodic。对于小团簇m<=5，其中几何挫折是不相关的，尽管非遍历性，足够的吸引力相互作用的强度，最大化键数的集群的产率接近100%。然而，对于$m=7$和更高，在非遍历制度，我们发现这些结构的产量较低，我们认为几何挫折起着重要的作用。$m=6$是一种特殊情况，其中八面体和C2v对称性的两种结构竞争，后者在各态历经机制中受到熵贡献的青睐，在非各态历经机制中受到动力学捕获的青睐。我们相信，只要相互作用势的单分量描述是有效的，我们的结果应该是有效的。一个具有静电斥力和范德华引力的系统就是这样一个例子。然而，在某些情况下，相互作用势的单组分描述可能不合适。
2010-01-01 cond-mat.soft
Elasticity of arrested short-ranged attractive colloids: homogeneous and heterogeneous glasses
我们评估逮捕短程有吸引力的胶体的弹性相结合的分析可解的弹性模型与分层逮捕计划到一个新的方法，它允许区分微观（初级粒子水平）从介观（集群水平）的贡献宏观剪切模量。结果定量预测实验数据在很宽的体积分数范围内，并表明在这种情况下，相关的贡献是由于介观结构。在此基础上，我们提出，不同的短程吸引胶体的逮捕状态，可以有意义地区分为均匀或非均匀的胶体玻璃的长度尺度，控制其弹性行为。
2009-10-27 cond-mat.soft
Wall Adhesion and Constitutive Modelling of Strong Colloidal Gels
在强烈絮凝的胶体凝胶的批量沉降过程中，壁粘附效应通常被认为是可以忽略的。在这项研究中，原位测量的胶体凝胶流变学和固体体积分数分布表明相反，在110 mm直径的沉降柱中观察到显着的壁粘附效应。我们开发并验证了一个数学模型的平衡应力状态下的粘塑性和粘弹性本构模型的壁粘附的存在。这些配方突出的基本问题，胶体凝胶的本构建模，特别是任意张量载荷下的粘塑性和粘弹性流变模型的相对实用性和有效性。所开发的模型进行了验证，对实验数据，这指向一种新的方法来估计的剪切和压缩屈服强度的强烈絮凝的胶体凝胶从一系列的平衡固体体积分数分布在不同的列宽度。
2014-06-24 cond-mat.soft
