Two-component Marangoni-contracted droplets: friction and shape
当丙二醇和水的混合物沉积在干净的载玻片上时，它形成具有给定表观接触角的液滴，而不是像人们所期望的那样在这样的高能表面上扩散。由于液滴的边界和中心之间的组分浓度的不均匀性（其本身是蒸发的结果），液滴通过Marangoni流稳定。这些自收缩液滴具有不寻常的特性，例如没有钉扎和在外部湿度梯度下移动的能力。液滴的表观接触角是其浓度和外部湿度的函数。在这里，我们研究这种液滴滑下斜坡的运动，它们在高速移动时如何变形，并将结果与正常的非挥发性液滴进行比较。我们精确地控制外部湿度，并探索体积、粘度、表面张力和接触角的影响。我们发现，液滴遭受的钉扎力可以忽略不计，因此，对于小速度的毛细管数（$\mathrm{Ca}$）是直接成比例的键数（$\mathrm{Bo}$）：$\mathrm{Ca}=\mathrm{Bo} \sinα$与$α$的倾斜角。当液滴以较大的速度移动时，当Ca超过阈值时它们变形，并且当$\mathrm{Ca}$达到该阈值的两倍时沉积较小的液滴。
2017-12-01 cond-mat.soft
Surfactant-loaded capsules as Marangoni microswimmers at the air-water interface: Symmetry breaking and spontaneous propulsion by surfactant diffusion and advection
我们提出了一种实现的快速界面Marangoni microswimmer的半球形藻酸盐胶囊在空气-水界面，扩散释放水溶性的扩散分子（弱表面活性剂，如聚乙二醇（PEG）），它作为“燃料”通过调节空气-水界面张力。对于许多不同的燃料，尽管藻酸盐颗粒和发射是各向同性的，但我们可以观察到对称性破缺和自发推进。推进机制类似于肥皂船或樟脑船，然而，它们通常在形状或排放上不对称以选择游泳方向。我们开发了一个理论的Marangoni船推进开始从低雷诺数的表面活性剂的扩散和平流和流体流动，其中包括表面活性剂引起的流体Marangoni流，和表面活性剂吸附在空气-水界面的耦合问题进行分析，我们还包括一个可能的表面活性剂的蒸发。游泳速度由阻力和Marangoni力的平衡决定。我们表明，自发对称性破缺导致推进是可能的临界无量纲表面活性剂的排放率（Peclet数）以上。我们推导出Peclet数和游泳速度之间的关系，并利用努塞尔数的概念推广到更高的雷诺数。该理论解释了所观察到的PEG-海藻酸盐胶囊的游泳速度，我们解开了基于樟脑的其他马兰戈尼船系统的差异，这主要是由表面活性剂从液体-空气界面蒸发引起的。的胶囊马兰戈尼微泳也表现出表面活性剂介导的排斥与墙壁的相互作用，这可以定性地解释在墙上的表面活性剂积累。
2021-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermally driven Marangoni surfers
我们研究了界面粒子的自推进，这是由Marangoni应力所产生的自生非对称温度场或浓度场驱动的。我们分别计算由于界面处的应力不连续性而产生的长程Marangoni流v^{I}和由于颗粒表面上的无滑移条件而产生的短程速度场v^{P};这两种贡献都是针对具有温度梯度和偶极矩的球形浮子进行评估的。我们发现，自推进速度是由“源偶极子”的振幅，属于短程贡献v^{P}。另一方面，流体动力学相互作用由长程马兰哥尼流v^{I}决定;它的偶极部分导致相邻粒子的非对称平流模式，这反过来可能会扰乱已知的六角晶格，甚至有利于无序状态。
2014-07-25 cond-mat.soft
Circulating Marangoni flows within droplets in smectic films
该研究解析与数值模拟了自由站立近晶相薄膜中椭球形液滴的热毛细 Marangoni 对流，揭示非对称界面边界下任意小 Marangoni 数均可产生轴对称循环流动。
2022-07-06 cond-mat.soft
From diffusive mass transfer in Stokes flow to low Reynolds number Marangoni boats
我们提出了一个理论的对称，半球形Marangoni船（肥皂或樟脑船）在低雷诺数的自推进。推进力是由调节空气-水界面张力的水溶性表面活性剂分子的释放（扩散发射或溶解）产生的。对于一个完全对称的游泳者来说，推进要么需要不对称的释放，要么需要通过与平流耦合的自发对称性破缺。我们研究了Stokes流中的球的扩散-平流问题的解析和数值均为恒定浓度和恒定流量的边界条件。我们得出新的结果，在恒定通量边界条件下的浓度分布和Nusselt数（无量纲比的总排放通量和扩散通量）。基于这些结果，我们分析了小Marangoni推进（低Peclet数）的Marangoni船，并表明存在两个游泳制度，在低速度的扩散制度和在高游泳者速度的对流为主的制度。我们描述了大Marangoni推进（高Peclet数）的限制和蒸发的近似分析理论的影响。游泳的速度是由力的平衡，我们得到的Marangoni力的一般表达式，其中包括直接的Marangoni力从表面张力梯度和Marangoni流动力。我们解开，无论是马兰戈尼流的贡献是施加一个向前或向后的力在推进。我们的主要结果是Peclet数和游泳速度之间的关系。自发对称性破缺，因此，游泳发生一个完全对称的游泳者以上的临界Peclet数，这变得小的大系统尺寸。我们发现一个超临界游泳分岔的对称游泳者和避免分歧的存在下的不对称性。
2021-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Paradoxical Coffee-Stain Effect Driven by the Marangoni Flow Observed on Oil-Infused Surfaces
观察到放置在硅油浸渍的基底上的含有盐水溶液的液滴在蒸发下形成咖啡污渍沉积物。对于体积为5-300微升的液滴，记录了各种摩尔浓度的盐的环状沉积物的形成。当接触线被脱钉时，效果发生，并且硅油阻止了从液滴边缘的蒸发。咖啡渍沉积物的形成与溶质-毛细管Marangoni流有关;平行发生的热-毛细管流的影响可以忽略不计。
2017-10-25 cond-mat.soft
Marangoni flow at droplet interfaces: Three-dimensional solution and applications
马兰戈尼效应是指由流体-流体界面处的表面张力的梯度引起的流体流动。我们确定了完整的三维Marangoni流所产生的非均匀的表面张力配置文件在界面上的自推进球形乳液液滴。对于液滴内部、外部和界面处的所有流场，我们给出了解析公式。我们还计算了液滴速度矢量$\mathbf{v}^D$，它描述了液滴的游泳运动学，并概括了蠕动参数$β$，它区分不同的游泳者类型，称为中性，推动者，或拉。在本文的第二部分中，我们提出了两个说明性的例子，其中马兰戈尼效应用于活性乳液液滴。首先，我们演示了胶束吸附如何自发打破最初不含表面活性剂的乳液滴的各向同性对称性，然后进行定向运动。其次，我们考虑光可切换的表面活性剂和激光，以在液滴界面处创建具有不同表面活性剂类型的贴片。根据设置，如激光的波长和表面活性剂类型的外部散装流体，可以推动液滴沿着不稳定的轨迹或拉他们沿着直线或振荡的轨迹由特定的参数调节。我们探讨这些情况下，强吸收和透明的液滴。
2015-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Vapor-Induced Motion of Liquid Droplets on an Inert Substrate
已知蒸发液滴显示出复杂的运动，这通常由马兰戈尼效应（由表面张力的梯度引起的流动）来解释。在这里，我们表明，液滴运动可以诱导，即使在没有马兰戈尼效应由于蒸发速率的梯度。我们推导出一个方程的液滴的速度受到非均匀的蒸发速率和非均匀的表面张力放置在惰性基板上的润湿性是均匀的，不变的。该方程解释了先前观察到的蒸发液滴的吸引-排斥-追逐行为。
2017-06-30 cond-mat.soft
Coupled self-charging and self-propulsion of evaporating sessile droplets
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克高分子研究所）；King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
本研究揭示蒸发水滴的自充电驱动其自发自推进，产生自回避轨迹，并形成交替极性的电荷图案，对喷墨打印等精度要求高的工艺有重要影响。
2026-09-09 cond-mat.soft
Marangoni droplets of dextran in PEG solution and its motile change due to coil-globule transition of coexisting DNA
University of Tsukuba（筑波大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本研究通过马兰戈尼对流生成可移动的脱氧核糖核酸液滴，并利用DNA的coil-globule转变实现环境响应的运动变化，为自主小机器人设计提供新思路。
2024-06-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Influence of Added Dye on Marangoni-driven Droplet Instability
多相流是具有挑战性的系统研究，不仅从基本的角度来看，但也从实际的，由于在可视化具有类似的折射率相的困难。当要观察的多相流发生在亚毫米范围内时，会出现额外的挑战。实验流体动力学中的一个常见解决方案是添加彩色染料以增强对比度。然而，添加的染料可作为表面活性剂并显著影响观察到的现象。在最近报道的Marangoni爆裂现象中，其中油浴顶部的二元液滴通过Marangoni应力雾化成数千个较小的液滴，可视化特别具有挑战性，并且使用彩色染料自然是诱人的。在这项工作中，我们量化实验的显着影响，添加甲基蓝染料，以及所获得的对比度增强。我们发现系统对这种添加剂的反应远非微不足道，并带来了了解这种复杂现象的机会。此外，我们提出了一种简单的方法来分析作为染料浓度的函数的对比度增强，其目的是找到在类似系统中成功成像的最小染料浓度。
2021-09-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
From active stresses and forces to self propulsion of droplets
我们研究球形液滴的自推进作为简化的流体动力学模型的游泳微生物或人工微泳者。相反的方法，从系统产生的主动速度场开始，我们认为主动表面力或体力密度或主动应力的起源自主游泳。对于可忽略的雷诺数和给定的活度，我们首先计算液滴在固定时间的外部和内部流场以及质心速度和角速度。为了从单个时间快照构建轨迹，必须在实验室框架中确定主作用力或应力的演变。在这里，我们考虑的情况下，活性物质，这是由一个连续分布，刚性，但稀疏（细胞）-sceleton是沉浸在液滴的内部。我们从力密度或应力的角度计算了液滴和它的小尺度的运动轨迹的例子，这些力密度或应力在小尺度内固定的框架中可能是明确的时间依赖性
2016-09-02 cond-mat.soft
Chirality-induced helical self-propulsion of cholesteric liquid crystal droplets
我们报告的第一个实验实现的手性人工microswimmer表现出螺旋运动。我们发现在表面活性剂水溶液中，具有螺旋指向矢场的胆甾相液晶液滴在Marangoni流驱动下沿螺旋路径游动。我们证实了液滴的旋向决定了螺旋路径的旋向，这一结果有力地表明螺旋运动起源于胆甾相液晶的手性。为了研究螺旋运动的产生机制，我们提出了一个由速度、角速度和一个代表液滴螺旋指向矢场对称性的张量变量组成的耦合时间演化方程。我们的模型表明，手征耦合项之间的速度和角速度发挥了至关重要的作用，在出现螺旋游泳的液滴。
2016-04-01 cond-mat.soft
Motility and self propulsion of active droplets
近年来，自运动液滴由于其良好的技术应用前景和重要的生物学意义，引起了从应用生物学到理论物理学等不同领域科学家的广泛关注。在这一章中，我们回顾了对主动液滴的研究，特别侧重于理论和数值研究的最新进展。特别是，我们回顾了活性凝胶理论，即一个概括的标准Landau-de Gennes理论适用于液晶考虑到内部活性注入由于存在的自运动成分。当被限制在有限的几何形状中时，液晶类系统也受到拓扑约束。由于拓扑学在许多不同的活性液滴实现中的相关性，我们还回顾了一些基本的拓扑学概念。我们回顾如何运动性出现在不同的实现中的活性液滴在2D和3D的结果，打破特定的对称性，通过寻找特别详细的情况下，极性和极性液滴和壳的活性液晶。
2022-08-24 cond-mat.soft
Influence of Bubble Lifetime on the Drying of Catalytically Active Sessile Droplets
Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究催化活性Janus液滴在过氧化氢存在下的干燥动力学，探讨气泡诱导的马朗尼流对干燥形态的影响，揭示催化活性对粒子运输的调控作用。
2026-04-09 cond-mat.soft
Self-propulsion mechanism of active Janus particles in near-critical binary mixtures
浸在近临界二元混合物中的金冠Janus粒子可以使用照明来推进。我们采用非等温扩散界面方法研究了单胶体的自推进机制。我们把这种运动归因于围绕粒子成核的微米级液滴边缘的体积力。因此，常用的表面速度概念不能解释自推进。颗粒的游动速度与液滴的形状和尺寸有关，这由所谓的临界等温线决定。存在两种不同的游动状态，取决于液滴是否部分或完全覆盖颗粒。有趣的是，游泳速度对温度的依赖性是非单调的，在这两个制度。
2015-06-18 cond-mat.soft
Self-Propulsion of a Metallic Superoleophobic Micro-Boat
报道了一种重型超疏油金属微艇的自推进，该微艇携带各种水醇溶液的液滴作为燃料箱。微舟由溶质毛细管Marangoni流驱动。通过实验确定了由于醇类在水表面上的凝结而引起的表面张力的跃变。自动推进的最大速度高达0.05 m/s。船的中心质量的最大速度与由于醇的缩合而引起的表面张力的最大变化相关。讨论了自运动的机理。报道了描述自推进的唯象动力学模型。
2017-10-25 cond-mat.soft
Marangoni instability in oblate droplets suspended on a circular frame
本文结合解析流函数与数值模拟研究圆框上扁球形液滴的 Marangoni 对流，揭示临界涡旋与定常流动的空间分离及强扁液滴向平面薄膜不稳定性的过渡。
2023-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Temperature switchable self-propulsion activity of liquid crystalline microdroplets
本研究利用液晶近晶相液滴的温度依赖性相变，实现了可逆切换的自推进微型游泳器，仅在高温向列或各向同性相中运动，并揭示了其运动条件与机制。
2025-04-23 cond-mat.soft
ActiveCheerios: 3D-Printed Marangoni-Driven Active Particles at an Interface
本文提出利用3D打印制造由Marangoni效应推进、Cheerios效应调控相互作用的界面活性粒子，通过可调运动性和模块化设计实现平移、手性运动及自组装，为活性界面系统提供了灵活低成本的开发平台。
2024-11-24 cond-mat.soft
Self-propelled motion of a fluid droplet under chemical reaction
我们研究了由于Marangoni效应和二元流体中的化学反应而导致的液滴自推进动力学，该二元流体具有影响液滴界面能的稀释的第三组分的化学产物。在界面无限薄的情况下，导出了液滴质心的迁移速度方程。我们发现，通过改变Marangoni效应的强度，液滴从静止状态到传播状态会发生分岔。
2012-03-03 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Swimming active droplet: A theoretical analysis
最近，一个积极的微型游泳器被构造成一个微米大小的溴水滴被放置到一个表面活性剂负载的油相。由于表面活性剂在界面处的溴化反应，表面张力局部增加并且变得不均匀。这就产生了马兰戈尼流，推动蠕动的液滴向前运动。我们开发了一个扩散-平流-反应方程的表面活性剂混合物的序参量在液滴界面使用的混合自由能。数值解揭示了一个稳定的游泳政权以上的临界Marangoni数M，但也停止和振荡状态时，M进一步增加。游动液滴被识别为推动器，而在振荡状态下，其在作为拉动器和推动器之间振荡。
2012-10-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-Propulsion of Droplets by Spatially-Varying Roughness
在部分润湿条件下，使基材均匀粗糙可增强相应光滑基材的润湿特性。亲水体系变得更加亲水，疏水体系变得更加疏水。在这里，我们表明，空间纹理的粗糙度可能会导致自发推进液滴。单个液滴被驱动朝向本征亲水系统的最大粗糙度区域和朝向本征疏水系统的最小粗糙度区域。空间纹理化可以通过在衬底上用波长在一个方向上变化的正弦凹槽来蚀刻（非均匀蚀刻）或在衬底上光刻地蚀刻分形（科赫曲线）凹槽的径向图案来实现。可以通过将粗糙纹理化与衬底的化学或材料图案化相结合来设计用于液滴轨迹的更丰富的能量景观。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spontaneous motion of a droplet coupled with a chemical wave
我们提出了一个新的框架内产生的反应扩散系统中的液滴的自发运动与内部动态图案耦合。化学反应的时空顺序引起不均匀的表面张力，并由于Marangoni效应导致由周围流动驱动的自推进。内部模式的数值计算与低雷诺数下流场的理论结果一起很好地再现了使用Belousov-Zhabotinsky（BZ）反应介质液滴获得的实验结果。
2011-06-07 cond-mat.soft
A simple model for self-propulsion of microdroplets in surfactant solution
本文提出一个简单活性流体力学模型，揭示胶束溶液中液滴自推进源于填充胶束界面生成引起的马兰戈尼应力不稳定性，并证明第一阶模式经超临界分岔主导液滴游动。
2023-07-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic oscillatory cluster ordering of self-propelled droplets
我们在这里报告一个特殊的动态有序状态的集群液滴的有机溶剂的混合物。这些液滴由表面活性剂水溶液表面上的溶质Marangoni效应驱动。它们形成时间环簇，在形成后立即开始崩溃。该过程重复5- 20分钟，持续数小时以上。我们提出了一个非均匀力模型，从现象学上理解这种动力学的基本机制，其中作用在每个粒子上的力被不同地控制。这种液滴系统提供了一个简单的，非生物的实验模型，研究复杂的动力学状态实现了一组自推进粒子。
2017-06-01 cond-mat.soft
Uniform coating of self-assembled non-iridescent colloidal nanostructures using Marangoni effects and polymers
胶体晶体由于其周期性的纳米结构而呈现出结构色，而没有任何颜色颜料，这会干扰可见光。这种晶体结构是彩虹色的，因为产生的颜色会随着视角或照明角度而变化，这限制了它在印刷或显示方面的应用。为了消除虹彩性质，重要的是使胶体纳米颗粒的堆积无序。在这里，我们介绍了一种滴铸方法，其中含有单分散聚合物涂覆的二氧化硅纳米颗粒的水-乙醇混合物的液滴在加热的基底上完全蒸发后产生相对均匀和非虹彩的沉积物。的均匀性是由热Marangoni流和快速蒸发的影响，由于加热的基板，而非彩虹色是短程有序包装的纳米粒子的耗尽吸引力和摩擦的聚合物刷产生的效果的结果。我们表明，从单个液滴的最终存款的颜色保持不变，而视角是在环境光下变化。我们期望该涂覆方法与喷墨打印兼容，并且均匀涂覆的自组装非虹彩纳米结构具有用于使用反射模式的彩色显示器和其他光学器件的潜力。
2018-10-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-propulsion of active droplets without liquid-crystalline order
细胞的游动，远离任何边界，可以出现在细胞质内的长程液晶秩序的情况下，但缺乏这种效应的简单模型。在这里，我们提出了一个二维模型的液滴自推进涉及两个标量场，代表细胞质和收缩皮层。这些场之间的耦合导致了主动应力;当旋转对称性自发破缺时，就会产生自推进。游泳速度的预测，并显示数值，线性变化的活性参数和液滴面积分数。该模型表现出克劳利样的不稳定性的阵列的活性液滴。
2020-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-propulsion of chemically-active droplets
微观活性液滴能够在粘性流中自主游动：这种令人困惑的特征源于溶质通过表面反应或其自发溶解与周围流体的交换，以及由这些溶质梯度产生的界面流。与不对称活性胶体相反，这些各向同性液滴通过利用溶质输运与自生Marangoni流的非线性耦合自发地游泳，这也是向更复杂的个体和集体动力学的二次过渡的原因。由于其简单的设计和对物理化学信号的敏感性，它们是迷人的物理学家，化学家，生物学家和流体动力学家，分析活性物质系统中的粘性自推进和集体动力学，开发合成细胞模型或执行目标生物医学或工程应用。我在这里回顾了这个快速发展的领域的最新和重要的发展，专注于这些intringinging液滴的数学和物理建模，连同其实验设计和表征。
2022-04-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Driving Droplets by Curvi-Propulsion
如何使小液滴在固体表面上自发地定向运动是芯片实验室技术、DNA分析和换热器中的一个挑战。最著名的机制，润湿性梯度，对于大多数目的来说不能足够快地移动液滴，并且不能移动小于由接触角滞后所限定的临界尺寸的液滴。在这里，我们报告的机制，使用曲率梯度，我们表明是特别有效的加速小液滴，并适用于亲水性和疏水性表面。在亚毫米范围内的玻璃锥上的水滴的实验表明，最大速度为0.28米/秒，两个数量级高于通过润湿性梯度获得。从简单的考虑液滴表面积的变化，我们表明，施加在液滴上的圆锥形表面的规模作为曲率梯度的力。因此，对于靠近圆锥尖端的小液滴，该力发散。我们用分子动力学模拟说明了这一点，并描述了纳米尺度的液滴自发移动超过100米/秒的纳米锥。
2012-02-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phase diagram morphology shapes droplet propulsion in chemical gradients
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for Theoretical Physics, University of Göttingen（哥廷根大学理论物理研究所）
本文通过薄界面近似推导液滴速度表达式，揭示液滴在化学梯度中向低稳定性区域（相图临界点附近）移动的普遍机制，为设计液滴运动提供新途径。
2026-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self propulsion of droplets driven by an active permeating gel
我们讨论的流场和推进速度的活性液滴，这是由体力驻留在刚性凝胶驱动。后者被建模为多孔介质，从而产生渗透力。在最简单的Brinkman方程模型中，多孔介质的特征在于单一的长度尺度$\ell$ -渗透率的平方根。我们计算了液滴内外的流场以及作为$\ell$函数的能量耗散。我们还表明，有最佳的凝胶分数，从而产生最大的线性和旋转速度。在极限$\ell\to\infty$，对应于一个非常稀的凝胶，我们恢复斯托克斯流。相反的极限，$\ell\to 0$，对应于空间填充凝胶，是奇异的，不等同于达西方程，它不能解释自推进。
2018-03-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Programmable Active Janus Droplets Driven by Water/Alcohol Phase Separation
我们报告存在的自推进Janus液滴驱动相分离，这是能够提供货物在一个可编程的方式。自推进液滴最初由角鲨烷/单油酸甘油酯溶液中的水/乙醇混合物形成，并且取决于乙醇浓度在多达三个阶段中演变。在第一阶段中，液滴推进由源自乙醇在油相中的溶解的Marangoni流产生。在该过程中，液滴吸收表面活性剂分子;与乙醇的连续损失相结合，这导致水/乙醇/单油酸甘油酯混合物的相分离和Janus液滴的形成，即富水液滴连接到能够递送货物的富乙醇液滴。我们的特点不同的演化阶段的自推进的液滴周围的流场，从一个弱的推动者，在一个中性的游泳者，二聚体的中性游泳者的演变。最后，我们利用这个主动系统来运送DNA作为货物。通过改变液滴的化学成分来调整相分离之前的延迟时间，可以对几种不同的货物输送过程进行编程。
2016-12-23 cond-mat.soft
Unidirectional Droplet Propulsion onto Gradient Brushes without External Energy Supply
使用广泛的分子动力学模拟的粗粒度模型，我们证明了持续的单向运动（durotaxis）的液滴没有外部能量供应时，放置在聚合物刷基板上的刚度梯度在一定的方向上的可能性。被发现的特定基板设计的研究，确定的durotaxis效率的主要参数是接枝密度的刷子和液滴粘附到刷子表面，而刚度梯度的强度，液滴的粘度，或刷的聚合物链的长度只有很小的影响的过程。它示出，这种durotaxial运动是由液滴和刷子之间的界面能的稳定增加驱动的液滴移动从软到硬的部分的基板，从而平均驱动力逐渐下降，降低刷表面的粗糙度。我们预计，我们的研究结果表明，在没有外部能源供应的纳米级运动领域的进一步可能性。
2023-03-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stokes flows in a sessile hemispherical drop due to evaporation and surface tension gradient
Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC‘Kurchatov Institute’（舒布尼科夫晶体学研究所，俄罗斯国家研究中心库尔恰托夫研究所晶体学与光子学库尔恰托夫综合体）
研究蒸发和表面张力梯度作用下 sessile 半球形滴中粘性流体的流动，揭示了无滑动条件与蒸发速率的刚性关系，提出临界 Marangoni 数的新的理解。
2026-02-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mode-Switching of Active Droplets in Macromolecular Solutions
研究活性液滴在含大分子溶质介质中的运动，发现随聚合物浓度增加液滴推进模式发生切换，并提出Peclet数框架成功捕捉该模式切换现象。
2022-10-31 cond-mat.soft
Activity-induced droplet propulsion and multifractality
我们开发了一个最小的流体动力学模型，没有取向的序参量，封装在一个液滴的二元流体乳液的收缩游泳者的组件。我们的模型使用两个耦合标量序参量，$ϕ$和$ψ$，分别捕获液滴界面和该液滴内的收缩游泳者的活动。这些序参量也耦合到速度场$\bm u$。在低活性，我们的模型产生了一个自我推进的液滴的质心$(CM)$显示直线运动，供电的时空演变的字段$ψ$，这导致一个依赖于时间的涡偶极子在液滴的一端。当我们增加的活动，这$CM$表现出混乱的超扩散运动，其特征在于其均方位移和液滴界面表现出多重分形波动，其频谱的指数，我们计算。我们探讨我们的研究结果的影响，收缩性游泳者的主动液滴的实验。
2022-09-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Janus droplet as a catalytic micromotor
从理论上研究了表面活性剂溶液中Janus液滴的自推进问题。液滴充当催化马达，产生浓度梯度，从而产生其表面张力驱动的运动;自推进速度相当高，$60\; {\rm μm/s}$甚至更高。这种催化马达与其他微马达相比有几个优点：制造简单，容易获得中性浮力。相反，一个单一的流体液滴，这表明了一个自推进的对称性破缺不稳定性的结果，Janus一个不存在稳定性阈值，因此，液滴半径可以按比例缩小到微米。该论文由Denis S. Sergey Sklyaev于2014年6月2日不幸去世。
2015-05-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interplay of Micellar Architecture and Viscosity Governs Active Droplet Motility
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Technology Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
通过调节胶束结构和粘度，研究发现盐浓度影响液滴运动，揭示了胶束形态与粘度共同调控活性液滴推进的机制。
2026-01-14 cond-mat.soft
Rotation and propulsion in 3d active chiral droplets
手性是生物系统研究中反复出现的主题，其中活性过程由化学能转化为功的内部转换驱动。细菌鞭毛、肌动球蛋白丝和微管束是活性系统，也是固有手性的。尽管有一些探索性的尝试，以捕捉手性和运动之间的关系，没有内在的手性系统已经分析过。为了解决这一知识的差距，在这里，我们研究的三维液滴的胆甾相液晶（CLC）嵌入在各向同性液体的内部作用力和扭矩的影响。我们考虑切向锚定的液晶导演在液滴表面。与向列相相反，在向列相中，适度的伸展活动会导致液滴旋转，伸展性液滴表现出更复杂和多样化的行为。我们发现，伸缩力偶极活动稳定复杂的缺陷配置，其轨道动力学耦合热力学手征，推动螺旋状液滴运动。相反，偶极扭矩活动可能会收紧或放松双螺旋，如果调整可以功率旋转与振荡角速度为零的平均值。
2020-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active particle in a very thin interfacial droplet
该研究通过实验和模型揭示了极薄液滴中光驱动Janus粒子的周期性圆周运动源于自推进与液滴厚度变化的耦合，并由毛细力和力矩主导其轨迹。
2025-09-26 cond-mat.soft
Instability and self-propulsion of active droplets along a wall
活性液滴可以在粘性流中自发游动，这是由于Marangoni和/或由该溶质的不均匀分布产生的泳动流在其表面产生的化学溶质的非线性对流传输，只要对流与扩散溶质传输的比率或Péclet数$\mbox{Pe}$足够大。由于它们的净浮力，活性液滴通常在距刚性边界小的有限距离$d$处演化。然而，现有的模型系统地集中在无界流动，忽略了壁面接近的效果上的推进机制的非线性的本质。与此相反，我们在这里获得一个关键的洞察力，通过分析他们的稳定性，非轴对称扰动和由此产生的自推进沿壁的壁距离$d$上没有限制的假设。根据$d$和$\mbox{Pe}$识别偶极或四极轴对称（悬浮）基态。也许与直觉相反，观察到下降壁分离$d$的减少使这些模式不稳定并促进自推进，这是由于驱动运动的化学梯度的限制诱导的局部化。此外，四极状态是更不稳定的，比他们的偶极同行由于再分配的化学扰动的基流，有利于出现更强的滑移强迫的下降表面。
2021-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tunable self-emulsification via viscoelastic control of Marangoni-driven interfacial instabilities
研究提出利用高分子量聚合物引入粘弹性来主动调控液-液界面Marangoni驱动的自乳化现象，通过实验与理论分析揭示了聚合物浓度与破碎前指状物长度的定量关系，为软材料系统中的界面动力学控制提供了预测性框架。
2025-05-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Trajectories of a droplet driven by an internal active device
我们考虑的液滴是由内部流动单独推进。在一个简单的模型中，这种流动是由一个自主的致动器产生的，该致动器在液滴内部的规定轨迹上移动。在生物系统中，该装置可以代表一个发动机，携带货物并在一个有意义的轨道上移动。我们工作的一般框架来计算作为驱动力和轨迹的函数的液滴的自推进。最简单的自治装置由三个点力组成。这种装置产生液滴的线性、圆形或螺旋运动，这取决于装置是静止的还是沿着径向轨道移动。作为一个例子，一个更复杂的轨道，我们详细研究了球形环状螺旋，最近的研究的推进Synechococcus1和粘细菌2的启发。液滴的轨迹被发现强烈依赖于设备的方向和相对于轨道的力的方向与无界运动的可能性，即使对于时间无关的强迫。
2020-04-23 cond-mat.soft
Rotational motion of a droplet induced by interfacial tension
在二维系统中分析了Marangoni流诱导液滴的自发旋转。被认为是液滴的小颗粒，它提供了界面处的表面活性剂。我们用Stokes方程计算了液滴周围的流场，发现对流非线性会破坏旋转的对称性。理论计算表明，当液滴半径为适当大小时，液滴会自发旋转。通过与实验结果的比较，验证了理论分析的正确性.
2013-01-10 cond-mat.soft nlin.PS
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
Marangoni spreading on liquid substrates in new media art
本文研究墨水/酒精液滴在不同流变液体基底上的 Marangoni 铺展，通过幂律指数、粗糙度与分形维数揭示基底非线性流变和 Laplacian 输运对树枝状图案形成的主导作用。
2023-12-09 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Memory-Driven Self-Propulsion and Flocking of Chemically Active Droplets
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）；Northwestern University and The University of Chicago（西北大学和芝加哥大学）
研究生物分子凝聚物相关问题，通过发展具有非马尔可夫反应的活性相分离理论，揭示延迟反应反馈对液滴状态的影响，以及在多液滴系统中的作用，确立反应记忆为控制参数，关联多种细胞行为。
2026-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Adsorption inhibition by swollen micelles may cause multistability in active droplets
实验表明，微滴在表面活性剂溶液中的胶束增溶作用可以激发Marangoni流并自发地自推进。令人惊讶的是，自推进出现，即使当临界胶束浓度被超过和马兰戈尼效应应该饱和。为了解释这一点，我们提出了一个新的模型的溶解活性液滴，这是基于两个基本假设：（a）产品的增溶可能会抑制表面活性剂吸附;（b）增溶防止形成的单层表面活性剂分子在液滴界面。我们使用数值模拟和渐近方法来证明，我们的模型确实具有自发液滴自推进。我们的主要发现是，在轴对称流和浓度场的情况下，两种性质不同类型的液滴行为可能是稳定的相同值的物理参数：稳定的自推进和稳定的对称泵送。虽然这些稳定的制度的稳定性是不能保证在没有轴对称，我们认为，他们将保留各自的稳定流形在相空间中的一个完整的3D问题。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Emergent dynamics due to chemo-hydrodynamic self-interactions in active polymers
本文以自推进液滴为单体制备自由连接活性聚合物，结合实验与最小模型模拟，揭示化学-流体动力学自相互作用引发的C形刚性、弹道及振荡推进机制。
2024-08-03 cond-mat.soft
Chemomechanical motility modes of partially wetting liquid droplets
本文提出了一个热力学一致模型，揭示了自催化表面活性剂、Marangoni效应与润湿动力学耦合下的液滴自驱动运动模式及其分岔机制，为仿生液滴及化学活性相分离系统提供理论参考。
2025-09-17 cond-mat.soft nlin.AO physics.flu-dyn
Microdroplet self-propulsion during dropwise condensation on lubricant-infused surfaces
水蒸气冷凝在自然界中很常见，广泛用于工业应用，包括水收集，发电和脱盐。与传统的膜状冷凝相比，在润滑剂注入表面（LIS）上的滴状冷凝可以导致传热速率的数量级增加。小液滴（直径小于100 $μ$ m）占总传热量的近85%，液滴清扫在清除成核部位方面起着至关重要的作用，从而允许频繁的再成核。在这里，我们专注于动态的相互作用的微滴与薄的润滑油膜在LIS上的水蒸气冷凝。耦合高速成像，光学显微镜和干涉，我们表明，最初均匀的润滑油膜重新分配冷凝过程中。受润滑剂高度梯度的控制，直径小至2 $μ$ m的微滴经历严格且与重力无关的自推进，以高达1100 $μ$ m/s的速度行进其直径倍数的距离。虽然宏观上的运动似乎是随机的，我们表明，在微观水平上，由于不对称的润滑剂的毛细管吸引力，导致这种重力独立的液滴运动。基于横向力平衡分析，我们定量地发现，在运动过程中的滑动速度最初增加，但在较短的液滴间距急剧下降。最大滑动速度与油的粘度成反比，并强烈依赖于液滴的尺寸，这是在很好的协议与实验观察。这种新颖的和非传统的液滴运动预计将显着提高逐滴冷凝过程中的清扫效率，导致更高的成核和传热速率。
2019-10-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann study of chemically-driven self-propelled droplets
我们数值研究了自推进液滴的行为，其运动是由一个Marangoni样流触发。后者是由影响液滴表面张力促进其运动的表面活性剂浓度的变化产生的。在本文中，采用了第三个两亲性组分的液滴模型。动力学方程采用Navier-Stokes方程和对流扩散方程描述，数值求解采用格子玻尔兹曼方法和有限差分格式。我们专注于两个案例。首先研究了孤立液滴的自推进，然后研究了两个自推进液滴的相互作用。在这两种情况下，当表面活性剂向界面迁移时，在液滴内部形成速度场的四极涡并引起运动。相反，当表面活性剂主要在本体中稀释时，出现较弱的偶极场。两个相互作用的液滴的动力学更加复杂，并且强烈地依赖于它们的相互距离。如果在正面碰撞中，液滴足够接近，速度场最初会吸引它们，直到达到静止的稳定状态。如果液滴垂直移动，则流体动力场导致初始相互吸引，随后是沿相反方向的散射。这种流体动力学相互作用于一些液滴半径的分离，否则它变得可以忽略不计，并且液滴运动仅由Marangoni效应驱动。最后，如果液滴之一是被动的，则后者通常由主动液滴产生的流体流平流输送。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Two-component self-contracted droplets: long-range attraction and confinement effects
Marangoni自收缩液滴是由两种液体的混合物形成的，其中一种液体具有较大的表面张力和较大的蒸发速率。由于蒸发，液滴收缩到稳定的接触角，而不是在润湿的基底上扩散。这赋予了它们独特的性质，包括没有钉扎力和在蒸气梯度下移动的能力，自我和外部施加。我们首先在一个无约束的几何形状的吸引力的动态模型，然后研究约束的吸引力范围和动态的影响，从最小的限制（垂直边界），中等限制（2-D蒸汽扩散），并最终强限制（1-D）。当单个液滴靠近它们被吸引的蒸气边界放置时，观察到“自诱导”运动，该边界相对于其自身充当图像液滴。当两个液滴被限制在两个水平板之间时，它们以更长的距离与修改的动力学相互作用。最后，将液滴限制在隧道中，吸引范围大大增强，因为当施加外部湿度梯度时，液滴一直向上移动到隧道中。还观察到“自诱导”运动，因为液滴可以自己朝向通道的中心移动。限制大大增加了液滴相互作用的范围以及它们的寿命，从而大大扩展了自收缩液滴提供的应用的控制和设计可能性。
2017-11-17 cond-mat.soft
