Unravelling the role of phoretic and hydrodynamic interactions in active colloidal suspensions
主动流体包括由浸入流体环境中的元件组成的各种系统，其可以将某种形式的能量转换为定向运动;因此，它们在没有任何外部作用力的情况下本质上是不平衡的。活性物质物理学中的一个基本问题是如何理解自主推进和主体-主体相互作用的特征决定了系统的集体动力学。我们研究数值悬浮液的自推进diffusiophoretic胶体，在（准）-2D配置，占两个动态解决溶质介导的泳相互作用和溶剂介导的流体动力学相互作用。我们的研究结果表明，该系统显示不同的方案在改变胶体-溶质的亲和力，它开发了一个集群相的化学吸引力的情况下。我们研究了不同幅度的胶体活性的集群大小和集群形态的统计。最后，我们提供的证据表明，流体力学起着相关的作用，聚集动力学和集群形态，显着阻碍集群的增长。
2019-06-25 cond-mat.soft
Phoretic colloids close to and trapped at fluid interfaces
泳动胶体的主动运动导致它们在边界和界面处聚集。相对于它们的被动对应物，这样的过量积累使得泳动胶体的动力学对边界的存在特别敏感，并为外部控制它们的单个粒子以及集体行为铺平了新的途径。在这里，我们回顾了最近的一些理论结果的动力学的泳动胶体接近和吸附在流体界面，特别是突出的相似性和差异，相对于固体-流体界面。
2021-06-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Autonomous navigation of shape-shifting microswimmers
我们描述了一种方法，用于编程的自主导航的活性胶体颗粒响应于空间梯度的标量刺激。功能行为，如积极或消极的趋化性编码的颗粒形状，响应当地的刺激和指导自我推进的粒子运动。我们证明了这种方法使用的自泳球的刺激响应集群的物理模型。我们展示了如何通过设计粒子的几何形状及其刺激响应来实现多种自主行为。
2019-08-16 cond-mat.soft
Diffusiophoretic design of self-spinning microgears from colloidal microswimmers
设计策略，以组装耗散积木是必不可少的创造新的和智能的材料和机器。我们最近证明了泳动微泳者到自旋转微齿轮的分层自组装及其通过扩散泳动相互作用的同步[Aubret \textit{et al., Nature Physics}，2018]。在本文中，我们采用教学方法，并暴露我们的策略来控制自组装和构建机器使用泳现象。我们特别介绍了高倾斜层压光学片显微镜（HILO）的图像和量化各向异性和动态的扩散电泳相互作用，这是不能观察到的标准荧光显微镜。的动力学（赤铁矿）光催化材料浸没在（过氧化氢）燃料在各种照明模式下的第一次描述和定量合理化的扩散电泳模型，迁移的胶体颗粒的浓度梯度。它被进一步利用，以设计趋光的microswimmer，直接对高强度的光，作为一个结果的扭矩施加的赤铁矿在一个microswimmer的光梯度。最后，我们展示了自旋转的微齿轮从胶体microswimmer通过控制耗散的扩散泳相互作用，我们使用HILO的特点和定量分析和数值预测进行比较的组装。由于此处描述的方法是通用的，因此该工作通过控制电泳现象为机器的合理设计铺平了道路。
2019-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Coarse Graining Nonisothermal Microswimmer Suspensions
我们研究了悬浮自热泳微泳者的粗粒度模型。在加热时，Janus球体，与由不同材料制成的半球，诱导非均匀的局部溶剂温度，导致自泳粒子推进。从原子的分子动力学模拟，我们验证了粗粒度的描述流体的局部分子温度场，其作用的粒子的热泳自推进和热布朗运动。后者由有效非平衡温度控制，有效非平衡温度通过限制粒子的位置和取向从模拟中测量。理论上，它们仍然是相关的任何进一步的空间粗粒化对整个悬浮液作为一个均匀的复杂流体的流体动力学描述。
2021-02-19 cond-mat.soft
Shape dependent phoretic propulsion of slender active particles
本文从理论上研究了雷诺数为零时，薄（细）胶体在表面不对称化学反应驱动下的自推进问题。利用匹配渐近展开法，得到了胶体自推进速度与其形状和表面物理化学性质的函数关系。杆状游泳者的自泳力学比球形游泳者具有更丰富的行为谱，这是由于存在两个小的长度尺度，即杆的细长度和滑动层的宽度。这就导致了在考虑细长消失的极限时的微妙之处。因此，即使对于非常细的杆，沿着游泳者的表面的曲率分布，即其形状，在确定推进效率方面起着令人惊讶的作用。我们发现，薄圆柱形的自泳游泳运动员钝端移动速度比薄长椭球形的游泳运动员具有相同的长宽比。
2017-11-16 cond-mat.soft
A scalable method to model large suspensions of colloidal phoretic particles with arbitrary shapes
提出一种受边界元法启发、基于第二层公式与正则化核的可扩展框架，用于高效求解任意形状趋化胶体粒子大悬浮液的耦合Laplace-Stokes方程，以极低计算成本探索新物理现象。
2024-07-26 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Colloid recovery from porous structures under ambient flow: enhanced extraction via phoretic and osmotic mechanisms
Indian Institute of Technology Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
研究环境流动下多孔结构中胶体的回收，通过有限元模拟表征溶质梯度方向（溶质流出和溶质流入模式）对电泳和渗透胶体提取的影响，揭示不同模式下胶体提取行为及扩散渗透滑移增强作用，为相关领域提供指导。
2026-10-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Topographical pathways guide chemical microswimmers
实现对活性胶体的方向性的控制对于它们在实际应用中的使用是至关重要的，例如微流体装置中的货物载体。到目前为止，球形Janus胶体的制导主要是利用特殊设计的磁性多层涂层结合外部磁场来实现的。在这里，我们证明了台阶状的亚微米形貌特征可以用作化学活性球形Janus胶体的可靠对接和引导装置。对于各种地形特征（条纹、正方形或圆形柱），胶体在特征边缘处的对接是稳健且可靠的。此外，胶体沿着边缘移动了相当长的时间，其随着燃料浓度系统地增加。所观察到的现象定性捕获的一个简单的连续模型的自扩散电泳附近的限制边界，表明化学活性和相关的流体动力学与附近的地形相互作用的主要物理成分背后所观察到的行为。
2016-02-12 cond-mat.soft
Nonreciprocal collective dynamics in a mixture of phoretic Janus colloids
研究具有不同催化涂层和趋化迁移率的Janus胶体二元混合物，通过粗粒化耦合密度与极化场揭示多种非互易集体不稳定性，并实现Nonreciprocal Cahn-Hilliard模型的微观机制。
2024-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Slender Phoretic Theory of chemically active filaments
人造微泳者或“微机器人”有可能彻底改变非侵入性医学和微流体学。由自泳机制（如Janus粒子）提供动力的微机器人通常利用其环境中的溶质燃料。传统上，自泳颗粒是点状的，但是细长的泳棒已经成为越来越普遍的设计。虽然一直有很大的兴趣，创造有效的渐近理论细长泳棒，迄今为止，这种理论已被限制到直杆轴对称图案。然而，现代制造方法将很快允许制造具有复杂三维形状的细长电泳丝。在本文中，我们发展了一个细长体理论的溶质的自扩散电泳丝的任意三维形状和图案。我们分析表明，不同于其他细长体理论，一阶方位角的变化所产生的曲率和限制可以有领先的顺序的游泳运动学的贡献。
2020-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Which Interactions Dominate in Active Colloids?
尽管有越来越多的证据表明，活性胶体用于游泳的相同梯度会引起重要的交叉相互作用（泳动相互作用），但在大多数多体描述中，它们仍然被忽略，也许是为了避免复杂性和未知参数的动物园。在这里，我们推导出一个简单的模型，它减少了泳远场相互作用对相互作用的强度主要是由一个真正的参数（游泳速度）控制。该模型表明，泳相互作用是一般重要的自泳胶体（除非有效的筛选的泳场是强大的），并应占主导地位的典型情况下的半涂层和适度不均匀的表面流动性的流体动力学相互作用。不同于标准的极小模型，但根据规范的实验，我们的模型一般预测在低密度的活性胶体的动态聚类。这表明，动态集群可以出现从筛选电泳吸引力和积极的扩散的相互作用。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Enhanced phoretic self-propulsion of active colloids through surface charge asymmetry
该研究发现表面电荷不对称性可为产离子的化学活性胶体带来新的自泳模式，建立了定量计算相关纳米颗粒自推进速度的理论框架，为优化离子介质中活性胶体的自推进提供了新思路。
2023-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Density modulations in active colloidal systems through orthogonal propulsion control and sensory delays
本研究开发了光电导二氧化钛包覆的Janus微泳者，可通过紫外光正交调控其ICEP推进速度，其感知延迟能增强光调制下的局域化效应，为自适应活性物质系统提供新方案。
2025-05-21 cond-mat.soft
Clustering-induced velocity-reversals of active colloids mixed with passive particles
最近的实验表明，胶体悬浮液可以自发地自组装成各种内部结构，尺寸和动力学性质的致密集群时，掺杂活性Janus粒子。典型的是，这些星团在形成过程中以弹道方式移动，但动态地恢复它们的速度，并暂时与它们所包含的Janus粒子的自推进方向相反。在这里，我们探索了一个简单有效的模型，胶体混合物，它允许再现实验中看到的大多数方面，包括形态和速度反转的集群。我们将后者归因于被动颗粒对活性胶体帽的非互惠电泳吸引力，即使在紧密接触时也会发生，并将活性颗粒向后推。当电泳相互作用是排斥的，反过来，它们会导致动态聚集的被动胶体的化学密度最小值所产生的活性粒子，最近在实验中看到的;在其他参数制度，他们诱导旅行前的活性粒子所追求的被动共存的活性气体。
2019-09-20 cond-mat.soft
Self-organization of active colloids mediated by chemical interactions
该研究探究多化学物种反应网络与多胶体物种参与反应的体系中活性胶体的自组织，对比不同反应类型的胶体体系行为，发现引入化学反应网络参数可拓展胶体自组织设计空间，产生丰富非平衡结构。
2024-01-08 cond-mat.soft
Solute dispersion boosts the phoretic removal of colloids from dead-end pores
Yale University（耶鲁大学）
研究探讨了溶质分散对死端孔隙中胶体非平衡迁移的影响，发现溶质前沿的扩散增强了胶体去除，尽管局部梯度减弱，但整体迁移效率提高。
2025-10-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Diffusiophoretic propulsion of an isotropic active colloidal particle near a finite-sized disk embedded in a planar fluid-fluid interface
空间对称性破缺是泳动活性粒子在低雷诺数下游动的必要条件。在微观尺度上游泳的基本先决条件是通过活性颗粒表面的化学图案化或替代地通过利用几何不对称性来诱导化学梯度并实现自推进来实现的。在本手稿中，采用远场分析模型来量化的领先秩序的贡献，诱导泳动速度的化学均匀的各向同性活性胶体附近的圆形形状的有限大小的磁盘上分离两个不混溶的粘性不可压缩的牛顿流体的界面上休息。为此，电泳问题的解决方案制定为一个混合边值问题，随后转化为一个系统的对偶积分方程的内部和外部域。取决于不同的参与粘度和溶质溶解度的比率，泳动性和化学活性的符号，以及颗粒-界面距离与盘的半径的比率，各向同性活性颗粒被发现从界面排斥，吸引到它，或达到稳定的悬停状态，并在界面附近保持不动。我们的研究结果可能被证明是有用的控制和引导运动的自推进泳动活性粒子附近的水界面。
2021-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effective squirmer models for self-phoretic chemically active spherical colloids
化学活性胶体在牛顿流体中的自运动的各个方面可以通过简单的化学活性模型加上其表面上的泳动滑移流体动力学边界条件来捕获。对于简单形状的颗粒（例如，球体）--如在许多实验研究中所采用的--在无界流体中以非常低的雷诺数移动，这种化学活性颗粒的模型有效地映射到研究得很好的所谓的流体动力学蠕动器上[S. Michelin和E. Lauga，J. Fluid Mech. \textbf{747}，572（2014）]。因此，直观上吸引人的类比“推/拉/中性”蠕动自然出现。在自扩散电泳的框架内，我们针对活性函数的多种选择（即，颗粒表面上的化学反应的空间分布和类型）。我们使用两个活性粒子的中心碰撞作为一个简单的，典型的情况下，证明在其他粒子或边界的存在下，化学活性胶体的行为可能是\textit{qualitatively}不同的，即使在远场，从一个表现出相应的“有效的蠕动”，从一个无界流体中的映射。这强调了理解化学活性颗粒的集体行为和几何约束下的动力学必然需要明确地解释流体动力学相互作用对由颗粒活性引起的化学物种分布的依赖性。
2018-04-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of fluid-colloid interactions on the mobility of a thermophoretic microswimmer in non-ideal fluids
由光推动的Janus胶体，例如，热泳颗粒，提供了有前途的前景，作为人工微型游泳者。然而，它们的游泳行为及其对流体性质和流体-胶体相互作用的依赖性仍然知之甚少。在这里，我们研究的行为热泳Janus胶体在其自身的温度梯度，使用数值模拟。本文采用能量守恒的耗散粒子动力学方法研究了非理想和理想类气体流体在不同的流体-胶体相互作用、边界条件和温度控制策略下的行为。流体-胶体相互作用似乎对胶体行为有很强的影响，因为它们直接影响胶体表面和流体之间的热交换。模拟结果表明，流体-胶体界面热交换的减少导致胶体热泳迁移率的增强。胶体的行为被发现是不同的，在非理想和理想流体，这表明流体的可压缩性起着重要的作用。胶体表面周围的流场被发现占主导地位的源偶极子，与最近的理论和模拟预测。最后，不同的温度控制策略似乎对胶体的游泳速度没有很大的影响。
2015-07-31 cond-mat.soft physics.comp-ph
Using Thermal Ratchet Mechanism to Achieve Net Motility in Magnetic Microswimmers
热棘轮可以从随机波动中提取有用功。这在分子尺度上是常见的，例如马达蛋白，并且也已用于实现微流体装置中的定向运输。在这项工作中，我们使用棘轮原理，以诱导净运动在外部供电的磁性胶体，否则显示往复（来回）运动。该实验系统是基于铁磁微螺旋驱动的振荡磁场，通过不对称的驱动时间尺度的倒易对称性被打破。游泳者表现出净运动性与增强的扩散率，与数值计算一致。这种新型的微尺度、磁动力、活性胶体可以提供一个有前途的实验平台来模拟自然界中的各种活性物质现象。
2022-05-10 cond-mat.soft
Rheotaxis of microswimmers in colloid-laden channel flow
Indian Institute of Technology, Madras（印度马德拉斯理工学院）；Indian Institute of Science, Bengaluru（印度科学研究所班加罗尔）
采用球形方柱模型和多粒子碰撞动力学模拟，研究硬球胶体存在下通道流中微游泳者（推进型、牵引型或中性型）的运动行为，发现胶体使推进型游向中心上游、牵引型在低速时偏离中心，高速时所有游泳者被流携带并主导上游取向。
2026-05-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two-phase hydrodynamic model of active colloid motion
Joint Institute for High Temperatures of RAS（俄罗斯科学院高温联合研究所）
本文提出了一种两相流体模型，用于模拟活性胶体的集体运动及布朗运动之间的过渡。
2025-12-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-assembly of catalytically active colloidal molecules: Tailoring activity through surface chemistry
本文研究了催化活性胶体的非均相稀悬浮液作为离子体系的非平衡模拟物，它具有作用-反应对称性破缺的显著特征。发现对称涂覆的胶体结合起来形成自组装分子，这些分子可以是惰性的或具有净平移速度和自旋形式的自发活动，这取决于它们的对称性和它们的成分。活性的类型可以通过改变控制表面反应和泳动漂移的表面化学和环境变量来调整。
2014-01-15 cond-mat.soft
Phoresis in cellular flows: from enhanced dispersion to blockage
在这篇文章中，我们研究了数值分散的胶体在一个二维的细胞流的存在下，施加的平均盐梯度。由于附加标量，胶体不完全遵循欧拉流场，而是具有与盐梯度$\mathbf{v}_\mathrm{dp}=α\nabla S$成比例的（小的）额外速度，其中$α$是泳动常数，$S$是盐浓度。我们研究了均匀分布的胶体的分层，以及它们的长期平均速度$\mathbf{V_m}$和有效扩散率$D_\mathrm{eff}$如何受到泳动漂移的影响。我们观察到两个制度的胶体动力学取决于阻塞标准$R=αG L/\sqrt{4 D_cD_s}$，其中$G$是平均盐梯度振幅，$L$的长度尺度的流动和$D_c$和$D_s$的胶体和盐的分子扩散系数。当$R<1$时，平均速度随着$V_m \propto αG \sqrt{Pe_s}$而强烈增强，$Pe_s$是盐Péclet数。当使用$R> 1$时，由于泳动漂移引起的可压缩性效应非常强，以致于沿隔膜发生胶体耗尽，抑制细胞间转运。
2022-09-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Efficiency of Self-Phoretic Propulsion Mechanisms with Surface Reaction Heterogeneity
我们认为自泳胶体颗粒（游泳者）的效率作为表面反应速率的不均匀性的函数。流体，物种，和静电连续性方程组解析求解使用线性化和数值使用有限元法。为了比较不同尺寸的球形游泳者和非均相催化转化率，引入了“游泳者效率”函数$η$。它被证明，为了获得最大的游泳者效率的反应必须被定位在极点（S）。我们的研究结果还揭示了推进速度对表面反应细节的敏感性，这是一个众所周知的难以测量的特性。这一见解可用于设计新的自泳游泳者。
2016-02-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Universal Translational and Rotational Mobility Expressions of Phoretic and Self-phoretic Particles with Arbitrary Interaction Potentials
本研究结合两类泳动迁移率计算方法的优势，推导了具有任意相互作用势的泳动与自泳动粒子的通用平移旋转迁移率表达式，验证了其在多场景下的有效性，并探究了自推进与外场驱动的竞争机制。
2024-08-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Chemotactic behavior for a self-phoretic Janus particle near a patch source of fuel
本文研究Janus粒子在燃料贴片源附近的趋化行为，揭示释放与消耗速率及泳动迁移率对运动的调控，并发现粒子可稳定悬停于贴片上方。
2024-06-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Tuning the motility and directionality of self-propelled colloids
微生物能够通过收集能量来克服其周围环境的热随机性，以在粘性流体环境中航行。以类似的方式，合成的胶体微泳者能够通过简单的自推进机制模仿复杂的生物运动。虽然在实验上，活性颗粒的速度可以通过例如自生的化学和热梯度来控制，但是游动方向的原位改变仍然是一个挑战。在这项工作中，我们研究了自推进的半涂层球形胶体在临界二元混合物，并表明耦合的局部体力，诱导激光照射，和胶体的润湿性能，可以用来微调胶体的游泳速度和方向性。我们的实验和数值模拟表明，运动的方向可以可逆地切换的大小和形状的液滴（S）周围的胶体成核，这取决于粒子半径和流体的环境温度。此外，上述特征使得能够在光强度梯度中实现负趋光性和正趋光性。我们的研究结果可以扩展到其他类型的半涂层microswimmer，只要他们的两个半球是有选择性的活跃，但具有不同的物理特性。
2017-11-06 cond-mat.soft
Can the self-propulsion of anisotropic microswimmers be described by using forces and torques?
人工和生物微泳者的自推进（即，活性胶体颗粒）经常通过使用进入被动颗粒的布朗运动的过阻尼方程的力和扭矩来建模。这似乎与游泳者是无力和无扭矩的事实相矛盾，即，作用在质点上的力和力矩都消失了。使用不同的模型，机械和diffusiophoretic自推进，我们在这里证明，运动方程的microswimmer可以映射到那些被动粒子的形状相关的大阻力矩阵和正式的外部有效力和扭矩。这与人工非对称微泳者由自扩散电泳驱动的圆周运动的实验结果是一致的。有效的自推进力和扭矩的概念大大有助于理解游泳路径，例如，在重力作用下的微型游泳者。然而，当游泳者的自推进机制被其附近的另一个粒子或与障碍物（如墙壁）的相互作用干扰时，这个概念有其局限性。
2014-10-24 cond-mat.soft
Hydrodynamic capture of microswimmers into sphere-bound orbits
自推进粒子可以表现出令人惊讶的非平衡行为，它们如何与障碍物或边界相互作用仍然是一个重要的开放问题。在这里，我们表明，化学推进的微棒可以被捕获，在他们的速度变化不大，到附近的固体球休息或附近的水平面上的关闭轨道。我们发现，这种相互作用之间的球体和颗粒是短程的，甚至发生在小于颗粒长度的球体，并为各种球体材料。我们考虑一个简单的模型，润滑理论的基础上，力和扭矩自由泳者驱动的表面滑移（泳推进机制）和移动附近的固体表面。该模型演示了捕获或朝向表面的移动，并产生与距离无关的速度。这项研究揭示了自推进粒子与被动物体的活动驱动相互作用的关键方面，并提出了使用胶体示踪剂作为活性物质探针的问题。
2013-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reconfigurable Artificial Microswimmers with Internal Feedback
通常，人们会提出将100个大小的自推进粒子作为生物微泳者的合成模型，但它们缺乏内部调节的适应性，而这种适应性是生物微泳者自主性的核心。相反，适应性和自主性可以在更大规模的软机器人设备中编码，但将这些能力转移到胶体规模仍然是难以捉摸的。在这里，我们创建了一类新的响应microswimmer，由诱导电荷电泳，它可以通过内部反馈来适应他们的运动外部刺激。使用顺序的毛细管组装，我们制造确定性的胶体集群包括软温敏微粒，其中，在自发重新配置，诱导运动的变化，如适应集群的推进速度和其方向的逆转。我们合理化的自推进和粒子形状和介电性质的变化之间的耦合方面的响应。利用这些允许策略，以实现简单的照明模式的局部动态控制，揭示了新的战术活性材料的发展令人兴奋的机会。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydro-chemical interactions in dilute phoretic suspensions: from individual particle properties to collective organization
Janus泳动胶体（JPs）自推进作为自生的化学梯度的结果，并表现出自发的非平凡的动力学泳动悬浮液内，长度尺度远大于微观游泳者的大小。这种集体动力学产生于（i）粒子的自推进速度，（ii）粒子之间的吸引/排斥化学介导的相互作用和（iii）它们在周围介质中引入的流动扰动的竞争。这三种组分的含量直接取决于胶体表面的形状和物理化学性质。由于这种联系，我们适应最近流行的动力学模型的化学活性JP的稀释悬浮液中的颗粒的远场流体动力学和化学签名的内在联系，并明确确定的设计属性。使用线性稳定性分析，我们表明，自推进可以诱导波选择机制，某些粒子的配置与实验观察一致。对完整的动力学模型进行了数值模拟，分析了化学和流体动力学相互作用在非线性动力学中的相对重要性。我们的研究结果表明，在粒子密度的规则图案促进化学信号，但防止由极化粒子集体产生的强流体流动，无论其趋化或抗趋化性质（即拉和推游泳）。
2020-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Thermotaxis of Janus Particles
自主微泳者的相互作用对运动活性物质集体态的形成起着重要作用。我们详细研究了常见的微游泳器设计的双面Janus球与半球由不同的材料制成。它们的化学和物理表面性质可以被定制以微调它们的相互吸引、排斥或对齐行为。为了系统地研究这些效应，我们监测了由光学加热的金属纳米粒子产生的外部温度场中单个金帽Janus粒子的动力学。我们量化的Janus粒子的取向相关的排斥和对齐，并解释它在一个简单的理论模型的诱导热渗透表面通量。该模型揭示了粒子的角速度完全由Janus粒子的半球和它们的电泳迁移率对比之间的赤道上的温度分布决定。此外，外部温度场的畸变，其异质性的导热性被证明打破了问题的明显对称性。
2021-03-28 cond-mat.soft
Run-and-Tumble-Like Motion of Active Colloids in Viscoelastic Media
翻滚运动是许多活微生物采用的一种重要运动策略。它的特点是直线游泳间隔（运行），这是由突然重新定向事件（翻滚）中断。与此相反，方向变化的合成microswimmer（活性粒子，AP）是由旋转扩散，这是叠加与他们的平移运动，从而导致相当连续和缓慢的粒子重新取向。在这里，我们表明，活性粒子也可以进行游泳运动的平移和取向的变化被解开，类似于RNT。在我们的系统中，这种运动是通过粘弹性溶剂和自推进速度的周期性调制来实现的。在实验上，这是使用光激活的Janus胶体实现的，该胶体由随时间变化的激光场照射。我们观察到一个强大的增强有效的平移和旋转运动时的调制时间是可比的粘弹性流体的弛豫时间。我们的发现可以用弹性应力的松弛来解释，弹性应力在自我推进过程中积累，当活动停止时突然释放。除了更好地了解粘弹性环境中的主动运动，我们的研究结果可能会建议在复杂环境中的合成microswimmer新的转向策略。
2017-11-29 cond-mat.soft
Interactions in Active Colloids
在过去的二十年里，合成胶体试剂的发展取得了显着的进展，这些试剂能够在无偏的环境中在微尺度上产生定向运动。这些自推进粒子通常因其自组织成动态非平衡结构的巨大潜力而受到称赞，例如生活集群，同步超级转子结构或自推进分子，其复杂性在生活世界之外很少发现。然而，许多这些结构的形成和动力学的确切机制仍然几乎不为人所知，这可能取决于我们对活性胶体如何相互作用的理解。特别是，除了显示出从被动胶体（范德华，静电等）中众所周知的相对短程的相互作用之外，活性胶体显示出新颖的流体动力学相互作用以及电泳和基质介导的“渗透”交叉相互作用，其取决于体系中胶体对其它胶体诱导的电泳场梯度的作用。本文讨论了这些相互作用的复杂性和有趣的性质，这些相互作用通常是长程的，非瞬时的，非成对的和非互惠的，这可能是未来非平衡胶体材料设计的关键成分。除了简要概述我们对这些相互作用的理解的最新进展之外，本文的主要目的是强调开放的关键问题和相应的开放挑战。
2021-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective interaction between active colloids and fluid interfaces induced by Marangoni flows
我们从理论上表明，在流体-流体界面附近，单个活性胶体颗粒产生，例如，化学品或温度梯度经历流体动力学起源的有效力。这种力是由于颗粒活动引起的马兰戈尼应力驱动的流体流动;它随着与界面的距离而非常缓慢地衰减，并且可以是吸引力或排斥力，这取决于活动如何改变表面张力。我们表明，对于典型的系统，这种相互作用可以主导的动态相比，布朗运动，分散力，或自泳效应的粒子。在有吸引力的情况下，相互作用促进粒子在界面处自组装成晶体状单层。
2015-12-15 cond-mat.soft
Using self-driven microswimmers for particle separation
能够在复杂环境中自主导航的微观自推进游泳者为定位、拾取和递送微观和纳米级物体提供了有吸引力的机会。受能动细胞和细菌的启发，人们制造了人造微游泳者，并对它们在图案化环境中的运动进行了实验研究。我们建议使用自驱动的人工微泳分离胶体的二元混合物。我们揭示了不同的分离制度，包括一个速度反演。我们的发现可以用于各种生物和医学应用。
2012-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Reconfigurable assembly of nematic colloids commanded by photoactivated surface patterns
在综合化学过程中，固体或液体微观夹杂物的输运被提出了不同的电泳驱动机制。然而，可逆地解决流动路径、速率和局部反应物浓度的能力尚未实现。在这里，我们表明，与光敏自组装单层化学改性的基板允许直接命令的组装和运输的大型合奏的微米尺寸的颗粒和液滴分散在一个薄层的各向异性流体。我们的策略分离的粒子驱动，实现通过AC电泳，和转向，实现的弹性调制的主机的流体。夹杂物响应单独或集体模式以下任意可重构的路径通过UV/蓝色照明压印。仅仅依靠一般的材料特性，所提出的程序是通用的，足以发展的应用程序，涉及无生命的或活的材料。
2014-06-22 cond-mat.soft
Anomalous fluctuations in a droplet of chemically active colloids or enzymes
本研究通过布朗动力学模拟探究化学活性胶体或酶聚集形成的活性液滴的动力学，发现其具备从类流体到类固体的多样行为及非高斯位置涨落，为理解生命系统非平衡活动的驱动机制提供了新见解。
2024-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Power-law intermittency in the gradient-induced self-propulsion of colloidal swimmers
本文研究了活性胶体微型游动者速度轨迹中的幂律间歇性，提出由场梯度依赖的活性力与局部波动流体动力学阻力相互作用的模型，成功描述了交流电场激活和催化游动者系统，并验证了其普遍适用性。
2023-10-26 cond-mat.soft
Dynamics of a linear magnetic "microswimmer molecule"
与由单个原子组成的纳米级分子类似，我们认为是一种活跃的“微泳分子”。它由三个单独的磁性胶体微游泳者组成，这些微游泳者通过谐波弹簧连接并相互流体动力学地相互作用。在基态，它们形成线性直分子。我们分析了这种直配置的扰动的弛豫动力学。作为一个中心的结果，随着自推进的增加，我们观察到一个振荡的不稳定性符合亚临界Hopf分叉的情况。它伴随着一个螺旋形的半径增加的游泳轨迹。我们的结果可以通过实验来检验，例如使用磁性自推进Janus粒子，假设由DNA分子连接。
2015-11-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous onset of convection in a uniform phoretic channel
泳动机制，化学溶质的梯度诱导表面驱动的流动，最近已被用来产生图案化的胶体颗粒的定向推进。当化学溶质缓慢扩散时，不稳定性通过自发地破坏溶质分布的对称性进一步为活性但各向同性的颗粒提供了自推进的途径。在这里，我们从理论上表明，在一个机制类似于Bénard-Marangoni对流，电泳现象可以创建自发和自我维持的壁驱动的混合流动内直，化学均匀的活性通道。这种自发流动不会导致均匀通道的任何净泵送，但会极大地改变化学溶质的传输分布。不稳定性预计发生溶质Péclet数超过临界值和一个乐队的有限扰动波数。我们解决的扰动问题解析表征的不稳定性，并使用稳定和非稳定的数值计算的完整的非线性传输问题，以捕获长时间的耦合动力学的溶质和流动的通道内。
2019-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Entrainment and scattering in microswimmer--colloid interactions
我们使用边界元模拟研究模型microswimmer与中性浮力球形粒子的相互作用。粒子大小与游动粒子大小之比从对应于游动粒子-示踪剂散射的$R^\mathrm{P} / R^\mathrm{S} \ll 1$变化到近似等于游动粒子与固定平坦表面相互作用的$R^\mathrm{P} / R^\mathrm{S} \gg 1$。我们发现，游泳者和粒子轨迹的细节不同的游泳者。然而，散射事件的总体特征分为两个区域，这取决于碰撞参量$ρ$和碰撞半径$R^\mathrm{coll}=R^\mathrm{P} + R^\mathrm{S}$的相对大小。粒子运动范围定义为轨迹上两点之间的最大距离，当$ρ< R^\mathrm{coll}$时，粒子运动范围仅对碰撞参量具有弱依赖性，并随粒子半径减小而减小。相反，当$ρ>R^\mathrm{coll}$时，范围在$ρ$中按幂律减小，并且对颗粒的尺寸不敏感。我们还表明，大颗粒可以导致游泳者通过大角度偏转。在某些情况下，这种游动偏转可以导致粒子的更大净位移。基于这些结果，我们估计的有效扩散系数的粒子在稀释浴的游泳者，并表明，有一个非单调依赖于粒子半径。同样，我们表明，在悬浮液中的粒子的游泳者散射的有效扩散率随粒子半径的非单调变化。
2017-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Diffusiophoretic Self-Propulsion for Partially Catalytic Spherical Colloids
当悬浮在过氧化氢溶液中时，具有部分铂表面涂层的胶体球执行自泳运动。我们提出了一个理论分析，这些粒子的自推进速度使用连续多组分，自扩散电泳模型。以这个模型为基础，我们展示了如何滑层近似可以得出，并在哪些限制，它持有。首先，我们考虑了全多分量模型和滑移层近似之间的差异。利用滑移模型论证和探讨了粒子速度对分子-表面相互作用细节的敏感性。我们发现一个很强的不对称性的依赖胶体的速度作为催化涂层的水平的函数，当有一个不同的溶质和溶剂分子之间的相互作用和惰性和催化部分的胶体，分别。甚至可以通过改变催化涂层的水平来反转运动方向。最后，我们调查的鲁棒性，这些结果相对于在反应速率的催化和惰性部分的颗粒之间的边缘附近的变化。我们的结果是显着的兴趣的解释实验结果的自推进粒子的运动。
2015-02-11 cond-mat.soft
Self-chemophoresis in the thin diffuse interface approximation
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional（卡洛斯一世理论与计算物理研究所）
本文研究了薄扩散界面近似下自化学趋化作用的机制，通过球形粒子的积分表示法重新审视了趋化速度的计算方法，并探讨了近似条件对粒子运动的影响。
2024-07-04 cond-mat.soft
Patterned Substrates Unlock Self-Electrophoretic Phenomenon in Active Janus Microswimmers
Istituto di BioRobotica-Scuola Superiore Sant’Anna（机器人研究所圣安娜高等学院）；Wageningen University & Research（瓦赫宁根大学与研究）；Center for Materials Interfaces, Electron Crystallography, Italian Institute of Technology（意大利理工学院材料界面与电子晶体学中心）
本文提出用含球形凹槽的图案化基底制备Janus主动粒子，可调控铂厚度对比度、抑制Pt桥，在2.5% H₂O₂中提升推进效率，间接支持自电泳为主动粒子主要推进机制。
2026-09-04 cond-mat.soft
The motion of catalytically active colloids approaching a surface
本研究利用声学镊子将催化活性 Janus 球体从壁面举起，分析其在体相及近壁的运动，发现速度随盐浓度降低主要源于自身推进减弱，并揭示了壁面与颗粒自推进速度间的耦合。
2024-11-18 cond-mat.soft
Rational design and fabrication of versatile active colloidal molecules
活性胶体，也称为人工微泳者，是自推进的微米和纳米颗粒，其凭借其形状或组成的不对称性将均匀的燃料源（例如化学品）或均匀的外部驱动场（例如磁场或电场）转化为定向运动。这些材料目前因两种主要的最终用途而吸引了大量的科学关注。首先，活性胶体是典型的内部驱动的，不平衡的系统，它们的研究导致了新的新兴材料特性，如群集和活性结晶。其次，它们有望被用作从医疗到环境应用具有巨大潜力的微纳米器件。然而，目前活性胶体的制造在材料、几何形状和运动模式的可编程性方面受到限制。在这里，我们使用顺序毛细作用辅助颗粒组装（sCAPA）将不同材料的微球连接成规定形状的簇（“胶体分子”），其可以由不对称的电流体动力学流动提供动力而主动平移、循环和旋转。几何形状和组成的进一步工程设计提供了在外部触发下切换运动或执行简单拾取和运输任务的活性胶体。我们的制造策略使物理学家和工程师能够设计和创建定制的活性胶体，以探索活性物质中的新基本现象，并研究与未来应用兼容的材料和推进方案。
2017-01-27 cond-mat.soft
Emergent behavior in active colloids
活性胶体是微观粒子，其通过将从其环境中提取的能量转化为定向运动而在粘性流体中自推进。我们首先解释如何artificial microswimmer向前移动产生近表面的流场通过自泳或自诱导Marangoni效应。然后，我们讨论了通用功能的动态单个活性胶体在散装和禁闭，以及在重力，场梯度和流体流动的存在下。在第三部分中，我们回顾了活性胶体悬浮体的涌现集体行为，着重于它们的结构和动力学性质。在总结实验观察的基础上，我们对集体运动的活性胶体模型的进展进行了概述。虽然活跃的布朗粒子被大量用于研究大尺度的集体动力学，但需要更先进的方法来探索流体动力学和泳动粒子相互作用的重要性。最后，提出了量化涌现集体行为的物理方法。
2016-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unraveling Modular Microswimmers: From Self-Assembly to Ion-Exchange Driven Motors
主动系统包含自推进粒子，并且可以自发地自组织成图案，使它们成为智能软材料自组装的有吸引力的候选者。我们目前对这些材料的理解的一个关键限制在于驱动其组件向前的微观机制的复杂性。在这里，通过结合实验，分析理论和模拟，我们探索这样的机制，一类主动系统，模块化的microswimmer，它自组装从胶体和离子交换树脂带电基板。我们的研究结果揭示了自组装过程和离子交换驱动电机的工作机制的模块化microswimmer，这是迄今为止的幻想，甚至定性。我们应用这些电机来表明，模块化的微型游泳者可以绕过复杂环境中的角落，并向上移动。我们的工作关闭了一个中央的知识差距模块化microswimmer，并提供了一个简便的路线，从离子交换过程中提取机械能。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Light Activated Self-Propelled Colloids
合成了光活化的自推进胶体，并利用光学显微镜研究了它们的主动运动。我们提出了一个通用的路线，使用不同的光敏材料，并展示了多波长的激活和推进。由于两种半导体材料（αFe2 O3和TiO2）的光电化学性质，能量高于带隙的光会引发过氧化氢的分解反应，并在颗粒周围产生化学云。它诱导与相邻胶体的泳动吸引以及基底上颗粒的渗透自推进。我们使用这些机制来形成胶体货物以及自推进粒子，其中光激活组件嵌入到介电球体中。粒子沿着由热波动随机化的方向自推进，并表现出持续的随机行走。对于足够的表面密度，颗粒自发地形成“活晶体”，其是移动的，分裂和重组。利用外加磁场控制粒子的方向，我们发现致密相的形成是粒子迎面碰撞的结果。这种效应本质上是非平衡的，并且是没有细致平衡的系统的一种新的组织原理。通过不同波长自推进的粒子工程家族展示了对系统背后的物理和化学的良好理解，并指出了设计新的自推进粒子家族的一般路线。
2014-10-27 cond-mat.soft
Dynamical Density Functional Theory For Microswimmers
动力学密度泛函理论（DDFT）已经成功地被导出并应用于描述一方面被动的胶体悬浮体，包括单个颗粒之间的流体动力学相互作用。另一方面，积极的“干”人群的自推进粒子的特点是使用DDFT。在这里，我们更进一步，将这两种方法结合起来。我们建立了一个DDFT的主动微游泳悬浮液。为此，简单的极小模型microswimmer的介绍。这些微型游泳者通过使周围的流体运动来自我推进。它们通过其主动自诱导流体流动和通过共同的“被动”流体动力学相互作用而彼此流体动力学地相互作用。一个有效的软位阻斥力也被考虑在内。我们从常见的统计方法开始推导DDFT。然后，我们的DDFT测试和应用的特征悬浮液的microswimmer的运动被限制在一个平面内的三维体相流体。此外，游泳者受到径向对称的捕获势的限制。在一定的参数范围内，我们发现旋转对称性破缺结合形成的“流体动力学泵浦状态”，这是以前在文献中观察到的结果，粒子为基础的模拟。一个额外的不稳定性，这种泵浦状态被揭示。
2016-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
