Self-Propelled Motion of a Droplet Induced by Marangoni-driven Spreading
我们报告生成的定向自推进运动的苯胺油液滴的速度上的顺序厘米每秒的水相。结果发现，取决于初始条件，液滴在圆形培养皿中显示圆形或直线运动。液滴的运动取决于液滴的体积和溶液的浓度。随着液滴体积和溶液浓度的增大，液滴速度减小。这种独特的运动进行了讨论的Marangoni驱动下的化学非平衡扩散。该模拟再现了圆形培养皿中的运动模式。
2012-08-22 nlin.PS physics.chem-ph physics.flu-dyn
Directional self-propelled transport of coalesced droplets on a superhydrophilic cylindrical wire
在平坦表面上聚结的液滴倾向于以较小的液滴迁移到较大的液滴中结束。我们报告了一个反直觉的液滴聚结模式的超亲水性圆柱形线，其中较大的液滴被拉向较小的。因此，组合质量的中心显著地朝向（通常超过）较小液滴的原始位置移动。这种现象的发生主要是因为液滴在圆柱形金属丝上经历的粘性摩擦与液滴的尺寸不呈正相关，这与液滴在平坦表面上聚结不同。我们进行了基于质量弹簧阻尼器（MSD）模型的尺寸分析。我们的模型预测了各种聚结模式作为液滴大小之间的比例的函数，预测与实验观察相匹配。
2022-11-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-Propelled Droplet Transport on Shaped-Liquid Surfaces
少量液体在固体表面上的传输受到液体和固体之间接触所引起的运动阻力的抑制。为了克服这种阻力，可以通过电场中的梯度从外部驱动运动，但是这些都不方便地涉及外部能量的输入。或者，梯度的物理形状和润湿性-仙人掌刺的圆锥形，以创建自推进运动。然而，迄今为止，这种自推进运动在克服液体与固体接触的运动的固有阻力方面的成功有限。在这里，我们提出了一个简单的解决方案，在成形的液体表面的形式，在一个长度尺度的固体地形结构提供了一个较小的长度尺度的液体保形层的基础。这种双长度尺度使得具有超疏水特性的光滑表面成为可能。结合异质形貌，它提供了液体对液体润湿性的梯度，具有最小的运动阻力和长距离定向自推进液滴输送。此外，液-液接触使得即使当衬底被倒置时也能够捕获和输送撞击液滴。这些设计原理对于微流体中的液滴传输、自清洁表面、雾收集和热传递非常有益。
2019-08-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergent collective motion of self-propelled condensate droplets
本研究揭示固体基底覆盖薄油膜时冷凝水滴自发涌现的蛇形及圆周集体运动，其自推进由合并小液滴释放的界面能驱动，具有传热与集水应用潜力。
2023-11-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interface dynamics under nonequilibrium conditions: from a self-propelled droplet to dynamic pattern evolution
本文主要根据我们最近的研究结果，描述了非平衡条件下接触线的不稳定性。给出了两个实验实例：液滴的自推进运动和自发动态斑图形成。对于液滴的自推进运动，我们介绍了一个实验，其中苯胺液滴坐在水层自发地在空气-水界面移动。马兰哥尼驱动的扩散的自发对称性破缺导致规则运动。在圆形培养皿中，液滴呈现直线运动或圆周运动。另一方面，我们显示了一个动态的脱湿的亚稳薄膜从空气-水界面所造成的图案的出现。有机相和水相的接触线形成了一个独特的时空模式，其特征在于动态的水凝胶。接触线的运动由扩散过程控制。我们提出了一个理论模型来解释所观察到的动态行为的基本方面。
2012-08-22 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 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
Film coating by directional droplet spreading on fibers
植物和昆虫使用细长的圆锥形结构来运输和收集小液滴，由于毛细作用，这些小液滴沿着圆锥形结构被推进。这些液滴可以在其运动过程中沉积流体膜，但尽管其对许多生物系统和工业应用的重要性，沉积膜的性质是未知的。我们开发一个渐近分析与实验测量和数值模拟的基础上的润滑方程的膜沉积。我们发现，沉积的薄膜厚度取决于纤维半径和液滴的大小显着，突出的涂层是受有限的尺寸效应相关的任何细长的几何形状的纤维上的薄膜沉积。我们证明，通过改变液滴的大小，而平均纤维半径和毛细管数是固定的，沉积膜的厚度可以改变一个数量级或更多。我们表明，自推进液滴有显着的潜力，创造被动涂层结构。
2020-09-02 physics.flu-dyn
Spatiotemporal characterization of emergent behavior of self-propelled oil droplet
本研究通过实验和数值方法分析了水表面活性剂溶液中油滴的类生命自发运动行为，利用数据驱动的非参数动力系统分析揭示了其低维和非线性特征，并证明二维 Langevin 方程能有效重现实验观察结果，为弥合非生命与生命行为之间的差距提供了模型途径。
2024-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Waveguides for walking droplets
当轻轻地将液滴放置在垂直振动的浴槽上时，液滴可以反弹而不会聚结。在增加强制加速度时，液滴被其产生的波推动，并成为具有明确定义的速度的步行者。我们调查的限制步行者在不同的矩形腔，作为连续液滴反弹发射的法拉第波的波导。通过研究步行速度，我们发现，一维限制是最佳的宽度为$D \simeq 1.5 λ_F $的窄通道。我们还提出了一个类比波导模型的基础上观察的法拉第不稳定性的通道内。
2016-06-27 physics.flu-dyn
Topological guidance of a self-propelled particle
Boston University（波士顿大学）
本研究展示通过拓扑结构引导自 propelled 粒子运动，实现带隙介导的排斥、边缘传输及手性依赖的轨道动力学。
2026-03-12 physics.flu-dyn quant-ph
Collective vibrations of a hydrodynamic active lattice
最近的实验表明，准一维晶格的自推进液滴表现出集体不稳定性的形式，异相振荡和孤立波。这种流体动力学晶格是由一个垂直振动的流体浴，这调用一个在浴表面上的亚临界法拉第波场的外部强迫，介导的时空液滴coupling.By建模液滴晶格作为一个内存赋予系统与空间非本地耦合，我们在此合理化的形式和发病的不稳定性在这一类新的动态振荡器。我们确定的内存驱动的不稳定性的晶格作为一个功能的液滴的数量，并确定均匀的晶格配置排除几何约束。每个记忆驱动的不稳定性，然后被归类为一个超临界或亚临界Hopf分岔\emph{via}一个系统的弱非线性分析，合理化实验观察。我们进一步发现了一个以前未报道的破缺不稳定性，表现为晶格的旋转运动。数值模拟支持我们的研究结果，并提示进一步调查这个非线性动力系统。
2020-03-04 cond-mat.soft math.DS physics.flu-dyn
Unsteady dynamics of a classical particle-wave entity
在垂直振动的液体浴表面上弹跳的液滴可以在每次撞击时产生的波的引导下水平行走。这导致了一个自推进的经典粒子波实体。通过使用一个一维的理论导波模型与广义波的形式，我们调查这个粒子波实体的动力学。我们采用不同的空间波的形式来理解波振荡和空间波衰减在步行动力学中所起的作用。我们观察到稳定的行走运动以及不稳定的运动，如振荡行走，自陷振荡和不规则行走。我们探讨的动力学和统计方面的不规则行走，并显示液滴动力学和洛伦兹系统之间的等价性，以及与朗之万方程和确定性扩散的连接。
2021-06-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Interaction of two walkers: Wave-mediated energy and force
一个弹跳的液滴，通过它与它产生的波的相互作用而自我推进，形成了一个经典的波-粒联合体，称为“步行者”。“以前的工作已经证明，单个步行者的动力学是由其全球表面波场驱动的，该表面波场保留了其过去轨迹的信息。在这里，我们调查的能量存储在这个波场的两个耦合的步行者，以及它如何传达它们之间的相互作用。为了这个目的，我们的实验特征的“散步模式”，其中两个步行者的约束，并一起传播。它们可能的结合距离取离散值，并且对的速度取决于它们的相互结合。平均平行运动可以是直线运动或振荡运动。实验结果恢复分析与一个简单的理论框架。建立了液滴的动能与驻波总能量之间的关系。
2014-12-24 physics.class-ph physics.flu-dyn
Droplet-triggered Faraday waves in a vertically forced bath
本研究通过数值模拟揭示液滴反复撞击可在线性稳定浴槽中触发增长的法拉第波，识别出次谐波响应机制，并指出有限振幅扰动可低于线性阈值激发该动力学。
2026-10-06 physics.flu-dyn
Tunneling in a Lorenz-like model for an active wave-particle entity
本文通过受扰动的Lorenz系统模拟一维活性波粒实体入射高斯势垒，揭示了高记忆下源于非平衡特征的速度波动导致势垒穿越的不可预测性、透射概率平滑变化及概率密度的类波特征。
2024-12-21 nlin.CD physics.flu-dyn quant-ph
Lorenz-like systems emerging from an integro-differential trajectory equation of a one-dimensional wave-particle entity
垂直振动液池可以在其自由表面上产生自推进的波粒实体。这个波粒实体的水平行走动力学可以通过积分-微分轨迹方程来充分描述。通过将一维波粒实体的积分-微分运动方程转化为一个常微分方程系统，我们证明了该实体的各种空间波形式的类洛伦兹动力学系统的出现。具体来说，我们提出并给出了洛伦兹动力系统的例子，出现时的波形梯度是（i）的线性齐次常系数ODE的解决方案，（ii）多项式和（iii）周期函数。理解类洛伦兹系统中的波粒实体的动力学，可能有助于从行走液滴的流体动力学量子模拟中的潜在混沌动力学中合理化涌现的统计行为。此外，这里提出的结果提供了一个替代物理解释的各种洛伦兹动力系统的波粒子实体的行走动力学。
2021-10-27 nlin.CD physics.flu-dyn
