Structure and dynamics of colloidal depletion gels: coincidence of transitions and heterogeneity
通过短程吸引相互作用形成的胶体耗尽凝胶的结构异质性的转变与它们的动力学逮捕。该系统是一个密度和折射率匹配的悬浮液的体积分数为0.20聚（甲基丙烯酸甲酯）胶体与非吸附的消耗剂聚苯乙烯添加在消耗剂胶体的尺寸比为0.043。随着短程吸引相互作用强度的增加，团簇的结构变得越来越不均匀，其特征在于数量密度波动，并动态固定，其特征在于单粒子均方位移。悬浮液中游离胶体的数量也逐渐下降。当穿过一个不动的团簇到凝胶的转变时，结构的不均匀性突然降低。同时，平均单粒子动力学饱和的本地化长度的顺序的短程吸引力的潜力范围。不动的集群和凝胶制度表现出动力学的不均匀性。单粒子位移的非高斯分布揭示了两个不同长度尺度上的动力学轨迹的增强种群。类似的依赖关系的数量密度波动，自由粒子数和动态长度尺度的顺序的范围内的短程吸引力表明一个集体的结构起源的动态异质性胶体凝胶。
2006-06-06 cond-mat.soft
Elasticity of colloidal gels: structural heterogeneity, foppy modes, and rigidity
模型胶体凝胶的流变学测量结果表明，剪切模量的胶体体积分数的变化大的变化不反映简单的结构参数，如配位数，它几乎保持不变。我们解决了这个明显的矛盾进行正常模式分析实验测得的键网络的凝胶。我们发现，凝胶的结构异质性，这导致软盘模式和非仿射-仿射交叉频率的增加，演变为体积分数的函数，是关键的理解频率依赖性的弹性。在没有任何自由参数的情况下，我们实现了与测量的机械响应的良好的定性一致。此外，我们实现普遍崩溃的剪切模量通过现象学弹簧阻尼器模型，占流体粘度，颗粒耗散之间的相互作用，并从仿射和非仿射网络变形的贡献。
2018-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reversible Formation of Thermoresponsive Binary Particle Gels with Tunable Structural and Mechanical Properties
我们研究了悬浮的温敏微凝胶的集体行为，该微凝胶在加热时排出溶剂并随后减小尺寸。使用不同的温敏微凝胶的二元混合物，我们展示了如何明显不同的凝胶结构的形式，这取决于所使用的加热曲线。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）成像显示，缓慢加热斜坡产生核-壳网络通过顺序凝胶化，而快速加热斜坡产生随机二元网络通过均质凝胶化。在这里，二次粒子被示出聚集在一个单层的方式上的第一凝胶，这可以通过布朗动力学模拟使用的模型的基础上的温度依赖性的相互作用势结合空间排斥和范德华吸引力定性地再现。通过振荡流变学，它表明，二次微凝胶沉积增强了先前形成的单一物种凝胶的结构完整性，和最终的结构表现出更高的弹性模量和损耗模量比其组成相同的同质凝胶对应。此外，我们表明，在二次微凝胶沉积之前的支架中的老化过程控制了bigel的最终结构特性，这允许对这些特性进行详细的控制。因此，我们的研究结果表明，温度分布可以用来精细地控制这些高度可调材料的结构和机械性能。
2019-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-driven memory effects in carbon black gels
Univ Lyon, Ens de Lyon, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学、巴黎高等师范学校里昂分校、法国国家科学研究中心、物理实验室）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）
研究揭示了碳黑凝胶在剪切后固态下的结构记忆机制，通过USAXS发现其微结构在流体停止后仍保持，基于Mason数揭示两种记忆机制，为设计智能材料提供策略。
2025-11-18 cond-mat.soft
Active particles knead three-dimensional gels into open crumbs
本研究结合持续同调分析与模拟，发现活性粒子掺杂可使三维胶体凝胶形成高孔隙致密结构，且二维与三维体系的结构行为存在拓扑差异，为多孔介质构建及功能材料设计等提供新方向。
2024-04-11 cond-mat.soft
Shear-Induced Structural Convergence but Formation-History-Dependent Yielding in Sequentially Gelled Binary Colloidal Networks
Northeastern University（东北大学）
通过粒子模拟研究顺序凝胶化二元胶体网络，发现稳态剪切驱动不同初始形态趋同，但屈服行为仍依赖于凝胶化延迟时间和种间吸引力强度，表明存在持久的流变记忆。
2026-06-04 cond-mat.soft
Visualizing shear-induced structures in carbon black gels by tomo-rheoscopy
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（ENS-Lyon, 法国国家科学研究中心, 物理实验室）；Department of Materials, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系）；Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, UMR5306（里昂第一大学, 法国国家科学研究中心, 光物质研究所）；Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut（瑞士光源, 保罗谢尔研究所）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；International Research Laboratory, French American Center for Theoretical Science, CNRS, KITP, Santa Barbara（国际研究实验室, 法美理论科学中心, 法国国家科学研究中心, 加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）
研究通过tomo-rheoscopy揭示碳黑凝胶在剪切历史影响下的微观结构异质性，发现弹性质与剪切强度非单调相关，展示流变记忆不仅由局部粒子重排决定，还涉及宏观结构组织。
2026-03-17 cond-mat.soft
Structural, mechanical, and vibrational properties of particulate physical gels
我们的生活被各种各样的无序材料包围着。特别是，玻璃是众所周知的致密，无定形材料，而凝胶存在于低密度，无序状态。最近的进展提供了一个重要的一步，在理解玻璃的材料性能，如机械，振动和传输性能。相比之下，我们对颗粒物理凝胶的了解仍然非常有限。在这里，使用分子动力学模拟，我们研究了一个简单的模型的颗粒物理凝胶，Lennard-Jones（LJ）凝胶，并提供了一个全面的了解其结构，机械和振动特性，所有这些都是显着不同的玻璃。首先，LJ凝胶显示出稀疏的、不均匀的结构，并且结构的长度尺度$ξ_s$随着密度的降低而增长。第二，凝胶非常软，剪切$G$模量和体积$K$模量都比玻璃小几个数量级。第三，许多低频振动模式被激发，其在振动态密度中形成具有起始频率$ω_\ast$的特征平台。分别用$ξ_s$、$G$、$K$和$ω_\ast$表征的结构、机械和振动性质显示出与密度的幂律标度行为，这在它们之间建立了密切的关系。在整个本工作中，我们揭示了凝胶是多尺度的，固态材料：（i）均匀的弹性体在长的长度，（ii）异质弹性体的分形结构在中间的长度，和（iii）无定形结构体在短的长度。
2021-09-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Linking particle dynamics to local connectivity in colloidal gels
胶体凝胶是异质网络固体的典型例子，其复杂的性质由热活化动力学控制。在这封信中，我们通过实验建立了单个粒子的间歇动力学与它们的局部连通性之间的联系。我们解释我们的实验与模型，描述单粒子动力学的基础上高度合作的热脱粘。该模型，在定量协议与实验，提供了一个微观图片的结构起源的动态异质性胶体凝胶和揭示了新的光结构和复杂的力学之间的联系，这些异质固体。
2016-12-02 cond-mat.soft
Photo-Switchable Cross-Linking in Polymer Gels: Effects on Surface Creasing and Network Relaxation during Swelling
本文针对香豆素交联凝胶网络级力学响应不明的问题，设计了含永久性共价和动态香豆素交联的PEG水凝胶，通过特定波长紫外光原位调节交联，揭示其对力学性能和表面起皱的影响，为自适应水凝胶提供设计原则。
2025-11-12 cond-mat.soft
Rheo-acoustic gels: Tuning mechanical and flow properties of colloidal gels with ultrasonic vibrations
胶体凝胶，其中纳米级颗粒聚集成弹性但脆弱的网络，是结合特定光学，电学和机械性能的材料的核心。由于外部刺激，实时定制胶体凝胶的粘弹性特征目前似乎是“智能”软材料设计中的一个主要挑战。在这里，我们介绍“流变声学”凝胶，一类材料，是敏感的超声波振动。通过使用流变学和结构表征的组合，我们的证据和量化的三个广泛不同的胶体凝胶提交超声波振动（亚微米振幅和频率20-500 kHz）的强烈软化。这种软化归因于凝胶网络内的微米级裂纹，一旦关闭振动，根据声强度，这些裂纹可能会或可能不会完全愈合。超声振动进一步显示出显着降低凝胶屈服应力和加速剪切诱导流化。超声波辅助流化动力学似乎是由一个有效的温度，取决于声强度。我们的工作开辟了一条道路，通过超声振动的弹性和流动性能的全面控制，以及未来的理论和数值模拟这样的流变声学凝胶。
2020-02-12 cond-mat.soft
Non-equilibrium Kinetics of the Transformation of Liquids into Physical Gels
统计物理学和材料科学的一个主要障碍是缺乏一个统一的原则，使我们能够理解和预测非平衡非晶态物质的基本结构，形态和动力学性质。然而，最近发展的非平衡自洽广义朗之万方程（NE-SCGLE）理论已被证明为理解液体转化为非晶态固体的最基本特征（诸如它们的老化动力学或它们对制造协议的依赖性）提供了基本工具。在这项工作中，我们专注于预测的动力学的主要指纹之一的形成凝胶逮捕调幅分解突然和深度淬火简单的液体，即逮捕的结构参数与形态演变从最初的均匀流体，动态逮捕海绵状无定形材料。理论预测（基于一个简单的特定模型系统），与模拟和实验数据测量类似的，但更复杂的材料的比较，表明预测的情况下的普遍性。
2018-07-03 cond-mat.soft
Assembling Inorganic Nanocrystal Gels
无机凝胶保留了单个纳米晶体的独特性质，同时提供可调的网络结构依赖性特征。我们回顾了从胶体纳米晶体组装凝胶的不同机制，包括（1）控制去稳定化，（2）直接桥接，（3）耗尽，以及通过（4）配位键合或（5）动态共价键合介导的连接，我们强调了每种机制如何影响凝胶特性。这些方法使用微球表面化学或添加小分子来介导微球间的吸引。每种方法都提供了凝胶稳定性，可逆性或可调性方面的优势，并提出了新的机会，可重构材料和燃料组件的设计。
2021-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spontaneous gelation of wheat gluten proteins in a food grade solvent
将小麦面筋蛋白结构化为具有可调机械性质的凝胶将为生产富含植物蛋白的食品提供更多的通用性。面筋是一种不溶于水的强弹性蛋白质材料，很难加工。我们使用一种新的分馏程序，允许从面筋的水/乙醇可溶性蛋白质混合物，富含谷蛋白聚合物在前所未有的高比例（50%）的分离。我们在这里调查的蛋白质混合物在水/乙醇（50/50 v/v）溶剂中的悬浮液的粘弹性，并表明，在很宽的浓度范围内，它们经历了由氢键驱动的自发凝胶化。我们成功地合理化我们的数据，使用渗流模型和相关的凝胶的粘弹性，其分形维数测量散射技术。面筋凝胶显示出自愈合特性，并且其弹性平台覆盖几十年，从0.01到10000 Pa。特别地，可以生产与标准水合面筋相比非常软的凝胶。
2015-06-10 cond-mat.soft
Overcooked agar solutions: impact on the structural and mechanical properties of agar gels
热可逆水凝胶通常通过冷却至环境温度来制备，首先使聚合物水溶液沸腾。聚合物溶液在这种高温下的温育时间通常保持在最小值，以使其对随后的凝胶化的影响最小化。在这里，我们研究了在$T=80^{\circ}$ C（远高于胶凝温度）下长期加热1.5% w/w琼脂溶液的效果。多糖溶液的孵育时间$\mathcal{T}$从几小时到五天不等。我们表明，琼脂溶液的年龄作为水解和多糖的分子内氧化的结果。因此，溶液的粘度和pH值在孵育期间持续下降。此外，将在不同孵育时间取出的样品冷却以形成凝胶，系统地测定其结构和机械性能。冷冻显微镜和X-射线衍射实验表明，琼脂凝胶形成的解决方案，增加孵育时间，显示一个粗糙的微观结构组成的微米级的箔，导致从缩合的多糖和对比与纤维状微观结构的凝胶制备从新鲜的琼脂溶液。随着结构变化，聚合物溶液在$T=80^{\circ}$ C下的孵育时间延长导致剪切弹性模量显著降低的较弱琼脂凝胶。此外，广泛的宏观压痕实验耦合到直接可视化表明，增加琼脂溶液的孵育时间长达几天，降低了凝胶的屈服应变，而破裂的情况下，不断从脆性转向韧性。我们的研究表明，琼脂溶液在高温下的孵育时间可以用来调整琼脂基凝胶的机械性能。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Activity-Induced Structural and Dynamical Heterogeneity in Colloidal Gels
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本研究通过大规模布朗动力学模拟探究活性胶体凝胶的结构与动力学异质性，明确活性参数对凝胶网络的影响，发现有效温度框架可描述其动力学异质性，揭示结构有序性在调控该异质性中的关键作用。
2026-11-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Static and dynamic heterogeneities in irreversible gels and colloidal gelation
我们比较了不可逆凝胶，胶体凝胶，玻璃和自旋玻璃的慢动力学通过分析所谓的非线性动力学磁化率的行为，一个数量通常被引入到定量表征的动力学不均匀性。在玻璃中，这个量通常随着时间的推移而增长，达到最大值，然后在很长时间内减小，这是由于动态不均匀性的瞬态性质和不存在发散的静态相关长度。我们最近表明，在不可逆的凝胶的动态磁化率，而不是时间的增加函数，在自旋玻璃的情况下，并趋于渐近的平均集群大小。在分子动力学模拟的基础上，我们发现在胶态凝胶中，当团簇不是永久性的，在很低的温度和体积分数下，即当键的寿命远大于结构弛豫时间时，非线性磁化率具有与不可逆凝胶相似的行为，然后，在更高的体积分数下，通过朝向玻璃形成液体的行为的交叉。
2006-12-20 cond-mat.soft
Network topology in soft gels: hardening and softening materials
软凝胶的结构复杂性是通用机械响应的起源，该响应允许在相同材料中的大变形、受控弹性恢复和韧性。利用这种材料的潜力的一个限制是对本体机械性能的微观结构起源的基本理解不足。在这里，我们调查的作用，网络拓扑结构在模型凝胶通过3D数值模拟。我们的研究将空间网络组织的拓扑结构与屈服和损伤前的非线性流变响应联系起来：我们的分析阐明了如何单独使用网络连接来修改大应变下的凝胶力学，从应变软化到硬化，甚至到脆性响应。这些发现为智能材料设计和理解潜在的广泛的技术相关材料的非平凡的机械响应提供了新的见解。
2017-10-05 cond-mat.soft
Probing Large Deformation and Fracture Behavior of Physically Assembled Gel System by Varying Polymer Concentration
物理组装凝胶由于其可调的力学性能在许多领域有着广阔的应用前景。在这里，我们报告的物理凝胶体系的物理性质作为一个函数的聚合物体积分数（$ϕ$）由聚（苯乙烯）-聚（异戊二烯）-聚（苯乙烯）[PS-PI-PS]在矿物油。PI嵌段分子量高于缠结分子量，这导致PI嵌段在较高的$ϕ$下缠结。所有凝胶的胶束微观结构导致类似的应力松弛机制，如应力松弛结果的叠加所捕获的。拉伸实验表明，缠结凝胶的应变率依赖性的机械响应。为了捕获的临界能量释放率（$Γ_0$）的范围内的$ϕ$，空化流变和断裂实验进行，我们得到$Γ_0\simϕ^{2.0}$。凝胶模量与体积分数的比例为$ϕ^{2.39}$，其中指数可能由环-桥分数随$ϕ$增加的变化决定。
2020-03-29 cond-mat.soft
Local structure and dynamics in colloidal fluids and gels
软物质系统中的凝胶是物质的一种重要的非遍历状态。我们研究了一种胶体-聚合物混合物，它通过增加聚合物浓度而淬灭，从流体到凝胶。使用共聚焦显微镜，我们研究静态结构和动态的三维（3D）。动态逮捕的凝胶和遍历流体组成的孤立的颗粒之间，我们发现一个中间的“簇流体”的状态，其中的“债券”之间的胶体粒子有一个有限的寿命。局部动力学让人想起流体，而局部结构几乎与凝胶相同。在单粒子水平上同时进行实时局部结构分析和3D粒子跟踪产生了以下有趣的信息。团簇中的颗粒以高度相关的方式移动，但同时表现出显着的动力学不均匀性，反映了自由表面附近的流动性增强。更深的猝灭最终导致凝胶状态，其中“键”寿命超过实验的寿命，尽管局部结构与“团簇流体”几乎相同。
2009-04-17 cond-mat.soft
Cluster structure and dynamics in gels and glasses
凝胶的动力学停滞是一个明确的结构相变的结果，导致形成一个跨越集群的键合颗粒。相反，动态玻璃化转变并没有伴随任何明确的结构特征。然而，这两个过渡的特点是出现动力学的异质性。回顾最近的结果，从数值模拟，我们讨论了在不同的系统中的动力学不均匀性的行为，并表明，在凝胶的情况下，存在一个明确的连接与结构。这一新兴的图景可能也与更难以捉摸的眼镜有关。作为一个例子，我们表明，一个简单的玻璃形成模型的弛豫过程可以涉及到一个反向渗滤过渡，并讨论在这个方向上进一步的前景。
2016-07-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Insights into Formation of Bicontinuous Emulsion Gels via in-situ (Ultra-)Small Angle X-ray Scattering
本文利用原位（超）小角X射线散射结合X射线兼容微流控装置，以毫秒级分辨率揭示溶剂转移诱导相分离形成bijels的三步动力学过程，深化了对双连续乳液凝胶形成机制的理解。
2025-03-12 cond-mat.soft
Effects of Ligand vs. Linker on Phase Behavior and Mechanical Properties of Nanoparticle Gels
本研究通过粗粒化模拟探讨配体与连接剂对纳米粒子凝胶相行为和力学性质的影响，发现两者在弯曲刚度变化下力学响应相似，但连接型网络刚性更高且可拉伸性较低，为调节特定力学性质提供了新策略。
2025-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Impact of the protein composition on the structure and viscoelasticity of polymer-like gluten gels
我们研究了面筋聚合物样凝胶在水/乙醇，$50/50$ v/v，面筋蛋白的良好溶剂的二元混合物中的结构。谷蛋白包括两个主要的蛋白质家族，单体麦醇溶蛋白和聚合体麦醇溶蛋白。在半稀释状态下，散射实验突出了两类行为，类似于标准聚合物溶液和聚合物凝胶，这取决于蛋白质的组成。我们证明，这两类编码的蛋白质在非常稀的溶液中的结构特征，并与典型的大小几十纳米的蛋白质组件的存在。只有当蛋白质混合物充分富含谷蛋白时，组装体才存在。发现它们与凝胶中富含不可交换氢键的结构域的存在直接相关，并且其大小与蛋白质组装体的大小相当。由于它们独特的对比度，在中子散射实验中探测了这些域。我们发现，样品的粘弹性也直接相关的领域丰富的H-键的数量，显示的H-键在执政的聚合物面筋凝胶的粘弹性的关键作用。
2021-01-18 cond-mat.soft
Theory of Sol-Gel Transition in Thermoreversible Gels with due Regard for Fundamental Role of Mesoscopic Cyclization Effects. I. Thermodynamic and Structural Characteristics of Gel Phase
溶胶-凝胶转变（SGT），热可逆键合颗粒（凝胶分数）的无限簇（IC）出现对一组有限簇（溶胶分数）的背景下，首先定量考虑与适当考虑大而复杂的（介观）周期不可避免地存在于IC。为此，我们提出了一种新的方法的基础上的概念的单体身份打破和密度泛函描述。我们严格推导，通过适当选择的凝胶级分的基本结构单元，所有的陈述通常应该只是弗洛里（Stockmayer）假设。IC结构的进一步分析揭示了一些新的IC结构单元（那些参与介观循环）中忽略了Flory和Stockmayer的方法，并描述了一个新的序参量特性的凝胶相。结果发现，SGT从几何现象转变为真正的一阶相变，随后总是相分离成溶胶相和凝胶相。自由能，总转化率，凝胶分数和悬挂单体的体积分数以及其他结构量的计算作为一个减少的单体密度的函数，并分析所有现有的模型。弗洛里的方法被认为是优于Stockmayer-Tanaka的一个，并令人满意地描述了一些密集的弱凝胶性能，但失败（甚至定性）在相当广泛的附近的SGT。
2001-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Distinct elastic properties and their origins in glasses and gels
本文通过对比玻璃和凝胶在观测与老化过程中的剪切模量和体积模量变化，揭示二者弹性差异源于结构有序化和界面减少两种自由能最小化机制。
2023-08-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Bicontinuous interfacially jammed emulsion gels with nearly uniform sub-micrometer domains via regulated co-solvent removal
多孔材料由于其高表面积和调节热、质量、流体和电磁波的传输的能力而具有许多有用的功能。与高度有序的结构不同，无序多孔结构提供了易于制造和高容错性的优点。双连续界面堵塞乳液凝胶（bijels）是动力学捕获的无序双相材料，其可以转化为具有可调特征的多孔材料。目前的Bijel制造方法导致微区为微米或更大，并且尺寸不均匀，限制了它们的表面积、机械强度和与电磁波的相互作用。在这项工作中，可扩展的合成具有均匀和亚微米域的bijels通过两步溶剂去除过程实现。对所得的Bijels进行了定量表征，以验证域的均匀性和亚微米尺度。此外，这些bijels的结构类似于白甲虫Cyphochilus鳞片的微观结构。我们发现这种具有相对小厚度（< 150 μ m）的Bijel膜在可见光范围内表现出强的太阳反射率以及高亮度和白度。考虑到其在制造中的可扩展性，我们认为VIPS-BIPPS Bijels在大规模应用中具有巨大的潜力，包括被动冷却，太阳能电池和发光二极管（LED）。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interpenetration of fractal clusters drives elasticity in colloidal gels formed upon flow cessation
胶体凝胶是由具有吸引力的布朗粒子组成的非平衡软固体，这些粒子在低体积分数下形成跨越空间的网络。这些系统的弹性性质是由网络微观结构引起的，它对剪切历史非常敏感。在这里，我们利用这种敏感性来调整由炭黑纳米颗粒制成的胶体凝胶的粘弹性。从施加的剪切速率$\dot γ_0$下的流化状态开始，我们使用突然的流动停止来触发液体到固体的转变。我们观察到，当剪切速率$\dot γ_0$较低时，所得凝胶更有弹性，并且粘弹性谱可以绘制在主曲线上。此外，耦合流变小角X-射线散射，使我们能够表明，凝胶的微观结构是不同的凝胶仅通过热搅拌，其中只有两个长度尺度观察到：胶体的尺寸和分形聚集体的尺寸。剪切和热能之间的竞争导致具有三个特征长度尺度的凝胶。这样的凝胶结构在一个分形簇相互渗透的扩展网络中。用不同的剪切历史制备的凝胶实验表明，簇互穿增加与流动停止前施加的剪切速率$\dot γ_0$的值减小。这些观察结果强烈表明，簇互穿驱动的凝胶弹性，我们确认使用的结构模型。我们的研究结果，这是在与以前的文献中，凝胶弹性要么连接到集群连接或弯曲模式形成鲜明对比，突出了一个新的局部参数控制胶体凝胶的宏观粘弹性。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Bimodal colloids highlight the structural mirror of rigidity percolation and yielding
Northeastern University（东北大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究亚稳态颗粒凝胶中刚性渗流与屈服的动态相似性，通过粒子模拟发现刚性由单连通簇间桥支撑，屈服定位在高边介数中心性键处，二者是同一中尺度结构的相反表现，双峰性揭示了这种对应关系。
2026-07-28 cond-mat.soft
Mega electrorheological phenomena in graphene nanogels
已经报道了基于稀石墨烯纳米片的ER流体的前所未有的大规模电流变，所述ER流体已经被设计为新型的、易于合成的聚合物凝胶。已经合成了基于聚乙二醇的石墨烯凝胶，并且对于低浓度系统2wt.百分之该凝胶克服了ER流体固有的几个缺点。凝胶表现出长期稳定性、高石墨烯填充比（其确保非常高的ER响应）和凝胶的微结构确保石墨烯纳米片在场下的原纤化不受热波动的干扰，进一步导致兆ER。凝胶表现出大的屈服应力处理口径，在2wt. perc.石墨烯。详细研究了石墨烯浓度、电场强度、外加剪切阻力和电场激励瞬态对凝胶电流变响应的影响。凝胶显示出几乎可以忽略不计的滞后相对于电粘滞效应，这说明在瞬态情况下所需的稳定性和响应性。已提供了深入的分析与解释的意见和影响，如表过度拥挤引起的结构完整性损失在高浓度和片间润滑或滑动引起的增强ER响应。目前的凝胶显示出巨大的前景，作为潜在的ER凝胶的各种智能应用，如阻尼和振动控制的主动飞机和车辆结构，微纳米电致动，在高性能专用车辆系统的悬架或制动离合等。
2016-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evanescent Gels: Competition Between Sticker Dynamics and Single Chain Relaxation
该研究通过非平衡布朗动力学模拟缔合聚合物凝胶，揭示网络结构与流变响应的差异，并由贴纸解离和单链弛豫的时间尺度竞争界定瞬逝凝胶机制。
2024-02-10 cond-mat.soft
Characterizing emergent multiscale dynamics in colloidal nanoparticle gels
University of Michigan（密歇根大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Washington（华盛顿大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）
本文综述了利用X射线光子相关光谱（XPCS）及互补技术表征纳米颗粒凝胶中多尺度动力学的方法，旨在建立纳米尺度相互作用与宏观网络性质之间的理论桥梁。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unveiling Structural Bottlenecks of Dynamic Disorder in a Density-Tunable Glass Former: From Strong to Fragile Regimes
Institute for Molecular Science（分子科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（advanced studies 研究生院（SOKENDAI））
研究通过密度可调软排斥二元混合物探讨玻璃形成液体脆度相关问题，分析粒子跳跃动力学，确定与跳跃运动强耦合的邻居等级，引入结构慢度参数，揭示脆度改变微观速率波动的结构瓶颈。
2026-07-07 cond-mat.soft
How rigidity percolation and bending stiffness shape colloidal gel elasticity
本文研究了胶体凝胶弹性的涌现机制，发现凝胶化由刚性渗流转变主导，并在统一框架下准确预测了不同条件下凝胶的弹性模量和振动性质。
2025-04-28 cond-mat.soft
Structural and dynamical properties of gel networks
在胶体-聚合物混合物中，胶体颗粒之间的耗尽吸引力和长程排斥力的竞争导致了非均相凝胶状结构的形成。例如，凝胶网络，即，胶体排列成横跨整个体系的细线的状态发生在低填充分数下，因为吸引力比平衡液-流体相分离的双结点线处的吸引力更强。通过使用布朗动力学模拟，我们探讨了凝胶网络的形成，结构和老化动力学。我们确定了简化网络，专注于凝胶网络中的基本连接。我们比较所观察到的性质的笨重的凝胶或集群流体。我们的研究结果表明，胶体聚合物混合物中的稳定或亚稳定异质态的结构以及（通常是缓慢的）动力学在不同的长度和时间尺度上具有不同的特征，因此是丰富的潜水员。
2021-02-26 cond-mat.soft
Magnetic particles confined in a modulated channel: structural transitions tunable by tilting a magnetic field
研究了调制通道中胶体磁性粒子的基态随外加磁场倾角的变化。粒子被限制在横向上的抛物线电位，而在轴向方向上的周期性衬底电位存在。通过蒙特卡罗（MC）模拟，我们构建了不同晶体结构的相图，它是磁场取向、调制势强度和系统可调因子的函数。有趣的是，我们发现了不同晶体结构之间的一级和二级相变，这可以通过外部磁场的取向来操纵。一个重入的行为之间的两个和四链的配置，连续的二级转变。新的配置被发现包括冻结在孤子。通过改变磁场的取向和/或强度和/或周期性衬底电势的强度和空间频率，系统转变通过不同的相位。
2014-01-03 cond-mat.soft
Probing structural relaxation in complex fluids by critical fluctuations
复杂流体，如聚合物溶液和混合物，胶体和凝胶，在基础和应用软凝聚态科学中的兴趣越来越大。所有这些系统的一个共同特征是存在一个介观结构长度尺度介于原子和宏观尺度之间。这种复杂流体的介观结构往往是脆弱的，对外部扰动很敏感。复杂流体通常是粘弹性的（表现出粘性和弹性行为的组合），其动态响应取决于时间和长度尺度。最近，非侵入性的方法来推断复杂流体的流变学响应已经通过微流变学的技术得到普及，其中，借助于光散射或显微镜来监测探针球在粘弹性流体中的扩散。在这里，我们提出了一种替代传统的微观流变学，不需要掺杂的探针粒子在流体中（这有时可以大大改变分子环境）。相反，我们提出的方法利用的现象，“避免交叉”模式与结构松弛和临界波动，自发产生的系统。
2004-01-11 cond-mat.soft
Tri-branched gels: Rubbery materials with the lowest branching factor approach the ideal elastic limit
与诸如金属和陶瓷的硬质材料不同，橡胶材料由于交联的三维聚合物网络的大构象自由度而可以承受大的变形。然而，网络的支化因子对橡胶材料的最终机械性能的影响尚未得到澄清。这项研究表明，三分支，这需要最低的分支因子，导致在理论上限附近的大弹性形变。这种理想的弹性限度是通过可逆的应变诱导结晶来实现的，从而提供按需增强。研究结果表明，聚合物链是高度取向沿拉伸轴，其中增强的可逆应变诱导结晶是观察到在三支化，而不是在四支化网络。结构刚性的数学理论被用来解释链取向的差异。虽然四支化聚合物自硫化发展以来一直是优选的，但这些突出三支化优点的发现将促使橡胶材料开发的范式转变。
2022-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Tunable Slow Dynamics in a New Class of Soft Colloids
通过大量的模拟，我们研究了球形单链纳米粒子（SCNPs），一类新兴的合成软纳米物体的浓溶液。通过增加浓度，SCNPs在其结构和动力学相关性中表现出可重入行为，以及软笼制度和弱动力学异质性。后者证实了斯托克斯-爱因斯坦关系的验证浓度远远超过重叠密度。因此，SCNP作为一类新的软胶体出现，表现出缓慢的动力学，并在超软粒子模型提出的真实系统中实现结构和动力学异常。动力学行为的定量差异取决于SCNP的可变形性，这可以通过内部交联的程度来调节。
2016-09-19 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
Structural control of elastic moduli in ferrogels and the importance of non-affine deformations
磁性凝胶和弹性体最吸引人的特性之一是它们的弹性模量可以通过施加磁场从外部可逆地调节。从理论上分析了内部磁性粒子分布对这种效应的影响。然而，在大多数情况下，仿射样本变形的研究和经常被认为是规则的颗粒排列。在这里，我们挑战这两个主要的简化系统的方法，使用最小的偶极弹簧模型。从不同的规则晶格开始，我们考虑到越来越随机的结构，直到我们最终研究了一个不规则的纹理从一个真正的实验样本。一方面，我们发现，弹性可调性定性地依赖于结构特性，在这里在两个空间维度。另一方面，我们证明了仿射变形的假设导致越来越多的错误的结果，更现实的粒子分布变得。了解建模过程中假设的后果对于我们支持这些迷人材料的改进设计非常重要。
2014-10-21 cond-mat.soft
The nature of the glass and gel transitions in sticky spheres
玻璃和凝胶是物质的两种动态停滞的无序状态。尽管它们很重要，但它们的相似性和差异性仍然难以捉摸，特别是在高密度下。我们确定的动力学和结构的签名，区分凝胶和玻璃化转变的胶体模型系统的硬和“粘”球。通过越过气-液相分离线诱导GH 3，由此产生的富胶体相的快速致密化导致动力学和局部结构的急剧变化。因此，我们发现，凝胶化是一级的，可以发生在比以前认为的高得多的密度：远离低密度网络，凝胶有一个明确的“热力学”的定义，但导致一个非平衡态与快速淬火玻璃的独特的局部结构特征。相反，接近玻璃化转变时，动力学持续减慢，并伴随着局部五重对称结构的出现。我们的研究结果提供了一个一般的热力学，动力学和结构的基础上，以区分凝胶化玻璃化。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Structural anisotropy of silica hydrogels prepared under magnetic field
对在不同磁场下制备的Pb掺杂SiO2水凝胶进行了生物电性能测试。在5 T下制备的硅胶用作PbBr 2晶体生长的介质，其结果暗示了结构各向异性;通过透射电子显微镜获得了取向的微晶阵列。虽然在0、1和3 T下制备的样品没有双折射，但我们发现样品具有10^-6数量级的负双折射，就好像磁场的方向是单轴晶体的光轴。据作者所知，双折射二氧化硅水凝胶是首次在磁场凝胶化。此外，扫描显微光散射实验已经进行。结果表明，双折射样品的特征长度分布比非双折射样品的特征长度分布窄。
2008-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reconsideration on structural anisotropy of silica hydrogels prepared in magnetic field
在以前的论文[A。Mori，T. Kaito，H.古川，脱线。Lett. 62（2008）3459-3461]，我们对在磁场中制备的Pb（II）掺杂的二氧化硅水凝胶进行双折射测量（B）。对于5 T样品，我们观察到光轴沿B方向的负双折射。当时，假设二氧化硅具有正的固有双折射，我们推测在双折射凝胶中，凝胶网络垂直于B延伸。本文的目的是在前人和最近的结果的基础上重新考虑这一推测[T。Kaito，S.- I. Yanagiya，A. Mori，M.库鲁马达角Kaito，T. Inoue，J. Cryst. Growth 289（2006）275-277; T. Kaito，A.莫里角Kaito，J. Chem. Chem. Eng.，9（2015）61-66]。在前者中，硅胶被用作PbBr_2晶体生长的介质，并且获得了长轴平行于B的定向微晶阵列。在后者中，Pb（II）纳米晶体形成在二氧化硅干凝胶通过电子辐照。PbBr_2微晶的短轴和Pb（II）微晶的直径均为几十纳米。该尺寸必须是受磁场影响而伸长的凝胶网络中的孔的短轴的尺寸。由于PbBr 2微晶沿磁场方向被拉长，我们得出结论：Pb（II）掺杂的硅胶网络沿磁场方向排列。
2015-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Empty perovskites as Coulomb floppy networks: entropic elasticity and negative thermal expansion
软网络（FN）提供了宝贵的洞察力的起源异常的机械和热性能的软物质系统，从聚合物，橡胶和生物分子的玻璃和颗粒材料。在这里，我们使用非常相同的FN概念来构建空钙钛矿的定量微观理论，这是一个具有ReO $_3$结构的晶体家族，具有许多不寻常的特性。一个显著的例子是ScF $_3$，其显示出接近零温度的结构不稳定性和大的负热膨胀（NTE）。我们跟踪这些影响到FN样的晶体结构形成的强最近邻键，这是稳定的净静电斥力，起着类似的作用，在聚合物凝胶中的渗透压。这些结晶固体中的NTE，我们将其概念化为库仑软盘网络，来自库仑排斥与FN的熵弹性相结合的张力效应，并且具有与凝胶和橡胶相同的物理起源。我们的理论提供了一个精确的，定量的描述声子，热膨胀，压缩性，和结构相图，所有在极好的协议与实验。临界软模的熵稳定性，这只发挥次要作用，在NTE，解释了观察到的相图。显着的熵弹性解决了一个显着的难题，$\approx$ 50\%的实验观察到的体积模量和从头计算之间的差异。库仑FN方法可能适用于具有显著共价键的其他重要材料，从钙钛矿氧化物到铁硫族化物，其异常振动和结构特性仍然知之甚少。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Family of Tunable Spherically-Symmetric Potentials that Span the Range from Hard Spheres to Water-like Behavior
我们研究了一类由硬核和线性排斥斜坡组成的球对称势族的状态方程、扩散系数和结构序。这个通用的潜力有两个特征的长度尺度：硬和软芯直径。通过改变它们的比率$λ$来生成势族。我们发现负的热膨胀（热力学异常）和增加的扩散系数等温压缩（动态异常）$0\leqλ<6/7$。与在水中一样，这些异常发生的区域是（$T, ρ$）或（$T, P$）平面中的嵌套圆顶，热力学异常圆顶完全包含在动力学异常圆顶内。我们计算平移和取向的顺序参数（$t$和$Q_6$），并项目的（$t, Q_6$）平面上的平衡状态点，或顺序映射。当$λ$在4/7和6/7之间变化时，有序映射从水状行为演变为硬球状行为。因此，我们通过简单地改变硬核直径与软核直径的比率来遍历具有可调球对称势的家族的硬球（$λ=1$）和类水（$λ\sim4/7$）所包含的液体行为的范围。尽管动力学和热力学异常几乎发生在整个$0\leqλ\leq1$范围内，但水状结构异常（即，在压缩时$t$和$Q_6$两者的降低以及在异常区域中严格相关的$t$和$Q_6$）仅发生在$λ=4/7$周围。水一样的结构，动力学和热力学异常的出现完全是由于存在两个长度尺度，取向依赖的相互作用是缺席的设计。
2006-01-24 cond-mat.soft
Tunable Assembly of Confined Janus Microswimmers in Sub-kHz Electic Fields under Gravity
本研究利用交流电场驱动重力下受限的Janus微型游泳器，通过调节电场频率实现了从类气体到密集晶体簇的可控结构转变，为设计高密度活性物质系统提供了新框架。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tunable Thermal Switching via DNA-Based Nano Devices
DNA有一个明确的结构转变-双链形式变性为两条单链-这强烈影响其热传输特性。我们表明，根据广泛实施的DNA变性模型，可以设计DNA“heattronic”设备，在变性转变（~350 K）的狭窄温度范围内具有快速增加的热导率。电导的这种快速增加或“切换”的起源是当温度越过转变温度和DNA变性时晶格的软化和非线性效应的抑制。最重要的是，我们证明了DNA纳米结具有广泛的热可调性，由于不同的序列和长度，并利用潜在的非线性行为。我们讨论了碱基序列中无序的作用，以及与基因组DNA的关系。这些结果为开发具有非线性结构动力学的材料的热器件以及理解DNA变性的潜在机制奠定了基础。
2012-12-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Real-Time Maps of Fluid Flow Fields in Porous Biomaterials
机械力如流体剪切力已被证明可增强细胞生长和分化，但其对细胞的机械作用的知识是有限的，因为局部流动模式和相关的度量并不精确。在这里，我们提出了实时的，非侵入性的措施，在三维生物材料的基础上，核磁共振的局部流体力学。微流图被进一步用于导出压力、剪切和流体渗透率场。最后，胶原蛋白凝胶响应精确的流体流动参数的重塑与结构变化相关。预计3D矩阵内的准确流动图将是理解细胞响应受控流动动力学行为的关键一步。
2013-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
