Self-assembly of amphiphilic Janus particles at planar walls: A density functional study
利用密度泛函理论研究了两亲分子在平面壁面上的结构形成。分子被建模为（硬）球组成的亲水性和疏水性的部分。由此产生的Janus粒子的方向被描述为表示内部自由度的向量。我们的密度泛函方法涉及基本测量理论结合平均场近似的各向异性相互作用。考虑中性、亲水性和疏水性壁，我们研究了粒子的吸附，着重于表面场和相互作用离子诱导的有序现象之间的竞争。最后，我们考虑系统限制在两个平面的墙壁。结果表明，各向异性Janus相互作用在低温下产生明显的挫折效应。
2010-12-06 cond-mat.soft
Self-Assembly and Waterlike Anomalies in Janus Nanoparticles
我们利用分子动力学模拟研究了二聚Janus纳米粒子的压力-温度相图。纳米颗粒被建模为哑铃状颗粒，并且具有通过标准Lennard Jones电势相互作用的一个单体和使用两个长度尺度肩电势建模的另一个单体。由这种肩势建模的单体和二聚体系统显示出类似水的异常，我们研究由一个异常单体组成的Janus纳米颗粒是否会表现出异常行为和自组装结构。探讨了非反常单体对二聚体系性质的影响。我们发现，扩散异常的维持，而密度异常可以消失，这取决于非异常单体的特点。此外，自组装结构也受到影响。我们的研究结果进行了讨论的基础上，不同的单体-单体相互作用和两个长度尺度的流体特性。
2015-04-28 cond-mat.soft
Crystal phases of two dimensional assembly of triblock Janus particles
最近的实验工作对球形胶体颗粒装饰有两个疏水极由带电的中间带（三块Janus颗粒）分开，已经证明了自组装成Kagome二维晶格，当颗粒被重力限制在样品架底部时[Q. Chen { \em et. al.}，Nature，in press].在这里，我们评估的能力，以前提出的简单的两个补丁有效的潜力，重现实验结果。我们表明，有效的潜力是能够重现所观察到的结晶路径中的可果美结构。基于自由能的计算，我们还表明，Kagome晶格在低温和低压下是稳定的，但它转变成一个六方晶格与交替的吸引力和排斥带的压力增加。
2011-01-20 cond-mat.soft
Controllable Capillary Assembly of Magnetic Ellipsoidal Janus Particles into Tunable Rings, Chains and Hexagonal Lattices
流体界面上的胶体组装在自下而上制备新型结构材料方面具有巨大的潜力。然而，在实现颗粒到不同结构中的可控和可调组装方面仍然存在挑战。在这里，我们报告的磁性椭球Janus粒子在流体-流体界面的毛细管组装。根据它们的倾斜角，即颗粒主轴与流体界面形成的角度，这些颗粒使界面变形并产生毛细偶极子或六极。在毛细管相互作用的驱动下，多个颗粒因此组装成链状、六方晶格状和环状结构，这可以通过施加外部磁场来主动控制。我们预测的场强相图中，各种结构是目前作为稳定状态。由于组装结构的多样性，可控性和可调性，因此，在流体界面处的磁性椭球Janus粒子可以作为新材料的通用构建块。
2020-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Self-assembly of micro-machining systems powered by Janus micro-motors
本研究展示Janus胶体可在微转子周围自组装形成有序构型，最大化扭矩以实现自主旋转，从而构建无需外部动力的自驱动微加工系统。
2017-07-12 cond-mat.soft
Direct Assembly of Magnetic Janus Particles at a Droplet Interface
纳米粒子在流体-流体界面的自组装是自下而上制备功能材料的一条很有前途的途径。然而，将粒子引导和控制到高度可调和可预测的结构中--虽然至关重要--却是一项挑战。我们提出了一种液体界面辅助的方法来制备纳米结构与可调性能。为了证明其可行性，我们研究磁性Janus粒子吸附在一个球形液滴放置在基板上的接口。当外部磁场打开时，单个粒子移动到其相对于液滴中心的位置矢量平行于所施加的场的方向的位置。多个磁性Janus粒子排列成可重构的六边形晶格结构，并且可以通过简单地改变磁场方向而被引导以在液滴界面上的期望位置处组装。我们开发了一个界面能模型来解释我们的观察，发现很好的协议。最后，我们证明了外部磁场允许\revisedtext{one}调整液滴蒸发时获得的颗粒沉积图案。我们的研究结果对在纳米器件、有机电子或先进的显示、印刷和涂层应用中使用的基底上制造各种纳米结构具有影响。
2019-01-17 cond-mat.soft
Self Assembly of Janus Ellipsoids
我们提出了一个原始模型的Janus椭球体，代表粒子与椭圆形的核心和两个半表面编码不同的属性，例如，疏水性和亲水性，分别。我们使用蒙特卡罗模拟研究了纵横比对自组装形态和动态聚集过程的影响。我们还讨论了我们的结果和Janus领域的早期结果之间的某些差异。特别是，我们发现，聚集体的大小和结构可以控制的纵横比。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The self-assembly behavior of a diblock copolymer/homopolymer induced by Janus nanorods
本文通过CH/BD元胞动力学模拟，研究了二嵌段共聚物/均聚物/Janus纳米棒混合体系的自组装行为，揭示了纳米棒数量增加引起的多种相转变规律及关键参数影响，为新型纳米材料制备提供理论与实验指导。
2025-09-23 cond-mat.soft
Self-assembly and time-dependent control of active and passive triblock Janus colloids
本研究通过BD模拟扩展了活性三嵌段Janus胶体在更广密度与温度下的自组装研究，并提出一种活性时间协议，在更宽密度范围内实现了Kagome结构结晶，且结晶边界与早期MC模拟高度吻合。
2025-04-29 cond-mat.soft
Electrostatic-driven Self-assembly of Janus-like Monolayer-protected Metal Nanoclusters
本文通过原子分子动力学与增强采样模拟，揭示两性离子 J-MPCs 依靠静电与氢键作用形成一维及环状超结构的机制，为调控带电 MPCs 微结构提供依据。
2023-12-07 cond-mat.soft
Capillary Assembly of Colloids: Interactions on Planar and Curved Interfaces
在定向组装中，小型建筑时钟在引导场的影响下组装成有组织的结构。毛细管相互作用为结构形成提供了一种通用的途径。吸附在流体界面上的胶体使界面变形，从而产生相关的能量场。当相邻的变形重叠时，胶体相互作用以使界面面积最小化。接触线钉扎、颗粒形状和表面化学在结构形成中发挥重要作用。界面曲率的作用就像一个外部场;粒子迁移和组装的模式所决定的曲率梯度。我们回顾基本分析和最近的研究结果，在这个迅速发展的文献。了解装配的作用对于调整结构的机械、物理和光学特性至关重要。
2017-10-15 cond-mat.soft
Self-Assembly and Phase Behavior of Janus Rods: Competition Between Shape and Potential Anisotropy
本研究通过Langevin动力学模拟和自由能计算，揭示了Janus棒在形状各向异性和方向性吸引竞争下的自组装多晶型现象，为棒状胶体设计提供了指导。
2024-08-23 cond-mat.soft
Critical Casimir interactions between Janus particles
近年来，人们对片状和Janus粒子的自组装和相行为的研究产生了浓厚的实验和理论兴趣。虽然在这方面的追求已经提出了各种有效的相互作用，并使用，以实现定向组装，关键卡西米尔效应脱颖而出，特别适合在这方面，因为它提供了吸引和排斥的相互作用，以及一个敏感的温度控制其强度的潜力。具体来说，我们已经计算了临界Casimir力之间的一个单一的Janus粒子和横向均匀的基板以及基板与化学步骤。我们使用了Derjaguin近似，并将其与全平均场论的结果进行了比较。一个修改的Derjaguin近似原来是一般可靠的。基于这种方法，我们推导出了两个Janus柱之间以及两个Janus球之间的有效力和有效势。
2016-05-17 cond-mat.soft
Capillary Interactions on Fluid Interfaces: Opportunities for Directed Assembly
一个粒子放在软物质中会扭曲它的宿主并创造一个能量景观。例如，对于液晶中的颗粒、对于脂质双层上的颗粒或对于捕获在流体界面处的颗粒，这可能发生。这样的能量可以用来引导粒子组装，并对方向和结构进行显著的控制。这些说明探讨了毛细管相互作用的概念，从流体界面处的颗粒捕获开始，解决平面界面上的对相互作用，并最终与曲率毛细管迁移。特别注意相关的边值问题的解决方案，以确定相互作用的能量。实验探索这些相互作用的平面和弯曲的接口。将理论与实验进行了比较。这些相互作用为材料的定向组装提供了丰富的工具包，并且由于它们与相关系统的密切相似性，为材料科学的新探索铺平了道路。
2015-10-19 cond-mat.soft
Synchronization and self-assembly of free capillary spinners
本研究通过实验和模型展示了手性旋转体在振动流体表面通过毛细波相互作用实现量子化距离组装、相位同步及整体旋转，并扩展到更大集合，为同步和群集研究提供了桌面实验系统。
2025-02-27 cond-mat.soft
Customizing mesoscale self-assembly with 3D printing
由于毛细力的自组装是一种常见的方法，用于从液-气界面处的相同漂浮颗粒生成2D介观结构。设计积木以获得所需的介观结构是一项科学挑战。我们在本文中表明，可以用低成本的3D打印机使颗粒成形，以构成特定的介观结构。我们的方法是基于诱导吸引力或排斥力的毛细管多极的创建。由于毛细管相互作用可以缩小，我们的方法开辟了新的途径，以低成本的微制造。
2013-10-17 cond-mat.soft
Theoretical calculations of phase diagrams and self-assembly in patchy colloids
审查文件。Janus Particles Synthesis，自组装，and Applications第6章，第108-137页，Steve Granick和Shan Jiang编辑（RCS Publishing 2012）http://www.rsc.org/Shop/books/2012/9781849734233.asp
2012-12-11 cond-mat.soft
Self-Propelled Janus Colloids in Shear Flow
为了充分利用人工活性胶体的潜力，研究它们对包括外部流动在内的各种外部刺激的反应具有极大的兴趣。因此，在本研究中，我们对悬浮在毛细管中的水性介质中的SiO2-Pt Janus颗粒进行了不同剪切流速的实验。粒子推进使用不同的H2 O2（燃料）浓度。对于一个特定的推进速度，随着剪切流的增加，从通常的随机主动运动到优先运动跨流线，然后最后沿流迁移的活动Janus粒子的运动的过渡，观察。我们的分析表明，这些转变是由扭矩由于近壁w.r.t.自推进。剪切扭矩有趣的是，我们发现，只有当这些扭矩是可比的，粒子排列的方式，使他们迁移显着跨越流线。
2020-06-19 cond-mat.soft
Elasto-capillary interaction of particles on the surfaces of ultra-soft gels: a novel route to study self-assembly and soft lubrication
我们研究了超软弹性凝胶表面疏水小颗粒的相互作用，其中介质的少量弹性平衡颗粒的重量。变形凝胶表面的过量能量导致它们吸引，就像液体表面上颗粒的一般毛细管相互作用一样。由于粒子在凝胶中的下降而引起的粒子的引力势能的变化与Nicolson的叠加原理相结合，可以公平地估计粒子的距离依赖性吸引能。该能量遵循第二类的修改的贝塞尔函数，其具有随介质的弹性而减小的特征性弹性毛细衰减长度。这项研究的一个有趣的发现是，凝胶上的颗粒相互移动，好像系统具有与摩擦成反比的负扩散率。这项研究说明了如何修改的毛细相互作用的颗粒的介质的弹性，这是预计有重要的影响，在表面力驱动的自组装的颗粒。特别是，本研究指出，毛细管相互作用的范围和强度可以通过适当选择的弹性的支持和周围介质的界面张力进行调整。操纵的粒子相互作用的例子是在这样迷人的模仿的生物过程，如tuberase，吞噬细胞吞噬和组装的粒子，可用于研究成核和聚类现象在良好的控制设置。
2014-06-05 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
Resolving Capillary Mode Transitions in Microparticles at Fluid Interfaces
University of Michigan（密歇根大学）
通过实验与理论结合，识别新的无量纲参数解释微粒在流体界面上的毛细模式转变，为界面粒子组装提供通用设计规则。
2026-05-26 cond-mat.soft
Dynamic capillary assembly of colloids at interfaces with 10,000g accelerations
软物质的极端变形是我们理解各种系统中的冲击、断裂和相变效应的核心。然而，尽管人们对这一领域的兴趣越来越大，但软物质远离平衡的行为仍然是一个挑战。胶体悬浮液通常用于可视化软物质中的涌现行为，因为它们提供了对粒子间相互作用的精确控制，并且易于通过光学显微镜进行可视化。然而，以前的研究仅限于变形的数量级太慢，不能代表极端变形。在这里，我们使用一个二维模型系统，一个单层的胶体限制在一个流体界面，探测和可视化的微观结构的演变过程中，由超声驱动的高速变形。我们观察到的出现的一个瞬态网络的字符串，并使用离散粒子模拟表明，它是由一个微妙的相互作用的动态毛细作用和流体动力学粒子之间的相互作用，在高频率振荡。值得注意的是，我们发现了胶体系统中惯性效应的证据，这是由接近10，000 g的加速度引起的。这些结果也表明，软物质的极端变形提供了新的机会，斑图形成和动态自组装。
2018-02-26 cond-mat.soft
Printing on particles: combining two-photon nanolithography and capillary assembly to fabricate multi-material microstructures
微米和纳米级的增材制造最近出现了热潮，以适应对更精细结构日益增长的需求。然而，在小尺度上集成和精确放置多种不同的材料仍然是一个挑战。为此，我们在这里结合胶体颗粒的定向毛细管组装和双光子直接激光写入（DLW），以实现一类新的多材料微结构。我们使用DLW来制造3D微模板以引导软胶体和硬胶体的毛细管组装，并将通过毛细管组装产生的聚苯乙烯或二氧化硅颗粒的明确排列连接起来，我们称之为“在颗粒上印刷”。打印过程基于自动颗粒识别算法，使用户能够使用商业光刻胶（IP-L或IP-PDMS）将胶体连接成一维和二维定制结构，包括不同对称性和组成的颗粒簇和晶格。一旦打印和显影，结构可以很容易地收获并重新分散在水中。我们方法的灵活性允许将各种材料组合成复杂的结构，我们设想这将促进广泛领域的新系统的实现，包括微机器人，微操作和超材料。
2022-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dipolar Capillary Interactions between Tilted Ellipsoidal Particles Adsorbed at Fluid-Fluid Interfaces
毛细管相互作用已经成为一种工具，用于定向组装吸附在流体-流体界面的颗粒，并在控制乳液和泡沫的机械性能中发挥作用。在本文中，继Davies等人[Advanced Materials，26，6715（2014）]对通过偶极毛细管相互作用相互作用的界面处的椭圆形颗粒的组装的研究之后，我们数值地研究了当它们的纵横比、倾斜角、键角和分离变化时吸附在流体-流体界面处的倾斜椭圆形颗粒之间的相互作用。高分辨率的表面进化模拟的椭球体粒子对接触揭示了一个亚稳态尖端尖端配置和一个稳定的侧边配置之间的能量障碍。侧-侧构型是我们研究的所有参数的全局能量最小值。晶格玻尔兹曼模拟集群的12个椭球粒子显示新颖的高度对称的花状和环状的安排。
2015-07-22 cond-mat.soft
Under-liquid Self-Assembly of Submerged Buoyant Polymer Particles
报道了浸没冷等离子体处理聚乙烯珠的自组装。等离子体处理的浸没毫米级聚乙烯珠形成有序的二维准晶体结构。轻聚乙烯珠粒的浸没漂浮是可能的，这是由于通过高能等离子体处理的聚合物表面的润湿实现的能量增益超过了由于液体在珠粒上向上爬升而导致的能量损失。毛细管浸没吸引力是负责观察到的自组装。观察到的二维准晶体结构表现出位错和点缺陷。机械振动的聚乙烯珠建成的自组装筏导致愈合的点缺陷。浸没毛细管侧向力控制自组装，而弹性力负责聚合物珠的排斥。
2017-10-25 cond-mat.soft
Self-assembly of three-dimensional open structures using patchy colloidal particles
开放结构可以显示出许多不寻常的性质，包括负泊松比，负热膨胀和全息弹性，并在工程中有许多有趣的应用。然而，在胶体尺度上自组装开放结构是一个巨大的挑战，其中短程相互作用和低配位数可能使它们机械不稳定。在本文中，我们讨论了使用三块Janus粒子的开放结构的自组装，它有两个大的吸引补丁，可以形成多个键，由一个带与纯硬球排斥分开。这样的表面图案化导致开放结构，其通过取向熵（有序无序效应）稳定，并且通过振动熵选择而不是紧密堆积的结构。对于不同的补丁大小的颗粒可以形成四面体或八面体结构的图案，然后组成开放的晶格，包括烧绿石，六方四叠和钙钛矿晶格。使用分析理论，我们研究这些可能的开放和紧密堆积结构的三块Janus粒子的相图和表征这些结构的机械性能。我们的理论导致合理的设计粒子的三维胶体结构的自组装是可能的，使用目前的实验技术。
2014-03-04 cond-mat.soft
Anomalous diffusion and diffusion anomaly in confined Janus dumbbells
采用分子动力学模拟方法研究了Janus纳米粒子的自组装和动力学性质。纳米颗粒被建模为二聚体，它们被限制在两个平坦的平行板之间以模拟薄膜。一个单体从哑铃相互作用的标准Lennard琼斯电位和其他两个长度尺度肩电位，通常用于异常流体。在这里，我们研究的影响，去除布朗效应，典型的胶体系统浸泡在水溶液中，并考虑一个分子系统，没有阻力和随机碰撞的布朗运动。自组装和扩散异常的布朗系统中保存。此外，观察到一个超扩散制度与集体重定向在一个高度结构化的阶段。在双尺度框架下解释了扩散异常和反常扩散现象。
2016-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Tuning the rheology and microstructure of particle-laden fluid interfaces with Janus particles
假设：载有颗粒的流体界面是许多自然和工程系统的核心组成部分。了解这些界面的力学性能并提高其稳定性具有重要的实际意义。Janus粒子是一类特殊的非均相胶体，它可以作为一种有效的表面活性剂来控制含粒子流体界面的组装和界面流变性。实验：使用一个定制的界面应力流变仪，我们探讨了Janus颗粒添加剂的界面流变学和微观结构的颗粒负载的流体界面的效果。调查结果：我们发现，在单层的PS胶体（1：40的数量比）中加入少量的铂-聚苯乙烯（Pt-PS）Janus颗粒可以导致表面模量增加一个数量级以上，弹性增强，这大大提高了界面的稳定性。界面流变学的这种剧烈变化与每个Janus颗粒周围的局部颗粒簇的形成有关。我们进一步解释了本地粒子团簇的起源，考虑在界面处的粒子间的相互作用。我们的实验揭示了局部颗粒结构对颗粒单层宏观流变行为的影响，并展示了一种新的方法来调整载颗粒流体界面的微观结构和力学性能。
2022-06-29 cond-mat.soft
Deposition of quantum dots in a capillary tube
组装纳米材料（如量子点）的能力使得能够创建具有独特光学和电子特性的功能器件。例如，具有特殊色纯度的发光二极管可以通过量子点的蒸发驱动组装来印刷。然而，目前对量子点胶体沉积的研究仅限于平面衬底的表面。在这里，我们调查的蒸发驱动组装量子点内的一个封闭的圆柱形几何形状。具体而言，我们观察到不同的沉积模式，如带状结构沿长度的毛细管。这种涂覆行为可以受到蒸发速度以及量子点浓度的影响。了解控制涂层过程的因素可以提供一种控制量子点在毛细管内组装的方法，最终能够创造出新的光子器件。
2015-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrophobic-hydrophilic interactions drive rapid nanoparticle assembly
纳米粒子独特的物理和光学性质使其可靠和快速的组装成为纳米技术的重要目标。为此，许多相互竞争的驱动力已经成为控制自组装的目标，尽管可靠性和效率问题表明纳米尺度上的界面尚未完全理解。在这封信中，我们报告的第一次，从化学纳米图案化的疏水表面和相邻的亲水性区域（Janus接口）之间的界面的水介质的流动可以有效地用于快速纳米粒子组装与单个纳米粒子的分辨率。我们发现，从这个Janus接口的水分子的去湿驱动组装的纳米粒子从静电稳定的纳米粒子胶体到疏水区域，加快通过消除任何水合屏障所施加的润湿界面之间的粘附阻力，使得纳米粒子组装在一分钟内实现。我们称这种可控纳米粒子组装的方法为Janus界面纳米粒子组装- JINA。然后，我们证明了通过pH值切换控制这种机制，并证明了其有效性的制造快速创建单纳米粒子网站和单颗粒宽线，同时密集涂层宏观尺度的功能。这种组装方法不仅在纳米制造中具有深远的影响，而且这种机制的不可预见性也挑战了许多关于纳米粒子自组装界面相互作用的普遍假设。
2017-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Omnidirectional transport and navigation of Janus particles through a nematic liquid crystal film
我们创造了可控的活性粒子的金属介电Janus胶体的形式，获得运动性，通过一个垂直的AC电场的能量转换施加在液晶薄膜。我们通过改变场的振幅和频率，在粒子和粒子的轴所跨越的平面上随意引导胶体，实现了对轨迹的完全控制。潜在的机制利用电渗流的敏感性的颗粒表面和液晶缺陷结构的不对称性。我们提出了一个计算的偶极力密度的相互作用所产生的电场与导演锚定和对比的静电边界条件的两个半球上，该帐户的介电向前（金属向前）运动的胶体由于诱导拉力（推）力偶极子。这些发现为胶体和液晶在受控运输、组装和集体动力学中的应用开辟了未探索的方向。
2020-07-01 cond-mat.soft
From square-well to Janus: Improved algorithm for integral equation theory and comparison with thermodynamic perturbation theory within the Kern-Frenkel model
在过去关于Janus流体相图的工作的基础上[Sciortino等人，物理修订版信函\textbf{103}，237801（2009）]中，我们对覆盖范围从各向同性方阱流体调谐到Janus极限的Kern-Frenkel势的积分方程理论进行了详细的研究。针对该问题，提出了一种改进的参考超网链（RHNC）方程算法，大大扩展了RHNC的适用范围。结构和热力学的结果，并与数值模拟进行比较。与以前的尝试不同，该算法被证明是稳定的Janus极限，从而铺平了道路，分析挫折机制的Janus系统中的气-液转变的特点。并与Barker-Henderson热力学微扰理论在同一模型下的结果进行了比较。然后，我们讨论了在一个统一的治疗这两种方法的利弊。平衡，RHNC积分方程理论，即使与各向同性硬球参考系，被发现是一个很好的折衷之间的结果，计算工作量的准确性，和统一的质量，以解决自组装过程中的复杂性质的片状胶体。然而，RHNC的进一步改进显然需要\emph{anisotropic}参考桥接功能。
2014-02-19 cond-mat.soft
Hydrodynamically-driven colloidal assembly in the thin-film entrainment regime
我们数值研究了从悬浮液浸涂的流体动力学，并报告了胶体组装和斑图形成的光滑和均匀的基板上的机制。在基材的临界撤回速度以下，使弯月面变形所需的毛细管力防止胶体颗粒进入涂膜。只有在最小数量的颗粒在弯月面内组织成紧密堆积的结构之后，毛细力才被流体动力学阻力克服。一旦在膜内，所形成的组件以接近抽出速度移动并迅速与下一组件分离。因此，流体动力和毛细力之间的相互作用可以在弯曲的弯月面内产生周期性和规则的结构，该弯月面在撤回的膜下方延伸。这里记录的流体动力驱动组件与在所谓的薄膜夹带制度中实验观察到的条纹斑图形成是一致的。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
The very long range nature of capillary interactions in liquid films
被限制在薄液膜中的半导体大小的物体通过变形的液体-空气界面介导的力相互作用。这种毛细管相互作用为有序结构（如光子材料或蛋白质晶体）的自组装提供了强大的驱动机制。毛细管相互作用的直接探测需要受控的力场来独立地操纵小物体，同时避免与界面的任何物理接触。我们演示了光学微操作如何直接测量自由站立液膜中两个微米大小的球体之间的毛细相互作用。在颗粒分离过程中，力按反幂律衰减。我们推导并验证了这个指数的大小主要取决于颗粒大小的显式表达式。对于微米大小的物体，我们发现一个指数接近，但小于1，使毛细相互作用的一个独特的例子，强大的和非常长的范围内的力量在介观世界。
2007-11-09 cond-mat.soft
Effects of Tunable Hydrophobicity on the Collective Hydrodynamics of Janus Particles under Flows
具有非平衡自组织的活性胶体系统是生物学中一个长期存在的、具有挑战性的领域。为了理解流体动力学流动如何用于主动控制Janus粒子（JPs）的自组装，我们使用最近开发的用于悬浮在粘性背景流中的两亲JPs的多体流体动力学的模型（JFM，941，2022）。我们研究如何产生各种形态从调整JP-溶剂界面的疏水分布。我们发现JPs组装成单层、多层和条纹结构。为了介绍动力学，我们包括一个线性剪切流和一个稳定的泰勒-格林混合流，并测量集体动力学的JP颗粒在他们的（a）自由能从JPs之间的疏水相互作用，（b）序参量为订购的JPs在他们的董事的排列，和（c）应变参数，捕获在组装的变形。我们表征了JP结构的有效材料性质，发现单层结构在剪切流动下增加了取向顺序，多层结构表现为剪切变稀流体，条纹结构具有屈服应力。这些数值结果提供了见解的动态控制的非平衡活性生物系统具有类似的自组织。
2022-08-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Encapsulation by Janus spheroids
微/纳米包封技术在药物递送、生物材料工程和材料科学领域中获得了相当大的关注。基于化学粒子合成的最新进展，我们提出了一个原始模型的Janus扁球体，扁球体和两个半表面编码不同的化学性质的粒子的自组装产生的封装系统。利用蒙特卡罗模拟，我们研究了以球形粒子作为包封客体的包封体系，对于不同的密度。我们研究了由于包封剂的几何形状和化学组成对包封形态和效率的各向异性效应。鉴于我们从模拟中发现的相对较高的封装效率，我们相信这种封装方法具有潜在的实用价值。
2011-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A synthetic T-cell receptor-like protein behaves as a Janus particle in solution
本研究发现合成T细胞受体样蛋白ImmTAC在溶液中表现出Janus颗粒特性，低浓度下会自缔合形成稳定寡聚体，通过Alphafold建模解释了该行为的机制，为理解此类蛋白的稳定性提供了新视角。
2024-06-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Using evaporation to control capillary instabilities in micro-systems
流体界面的不稳定性代表了小规模器件制造的限制和机会。正如不均匀的毛细压力可以破坏微机电系统（MEMS）一样，它们可以引导新型固体和流体结构的组装。在许多这样的应用中，界面在蒸发过程中出现，因此仅暂时存在。人们通常认为，这种蒸发只是引导界面通过一系列平衡构型，蒸发速率只决定了这一序列的时间尺度。在这里，我们使用格子玻尔兹曼模拟和理论分析表明，事实上，蒸发率可以是一个因素，在确定的发病和形式的动态毛细管不稳定性。我们的研究结果揭示了蒸发在以前的实验中的作用，并开辟了利用扩散传质直接控制MEMS应用中的毛细管流动的可能性。
2017-12-13 cond-mat.soft
An active approach to colloidal self-assembly
在这篇综述中，我们讨论了自推进胶体颗粒的自组装的最新进展，并强调了一些最令人兴奋的结果，在这一领域的干活性物质的具体重点。我们通过胶体构建块的复杂性的镜头来探索这种现象。我们首先考虑各向同性球形粒子的行为。然后，我们讨论的情况下，两亲性和偶极Janus粒子。最后，我们展示了如何的胶体的几何形状和/或它们的相互作用的方向性可以用来控制组装的活性聚集体的物理性质，并建议可能的策略，如何利用活动作为一个可调的驱动力自组装。活性胶体的独特性质为下一代功能性环境传感微结构的设计提供了希望，这些微结构能够以自主和有针对性的方式执行特定任务。
2021-02-23 cond-mat.soft
Dilute suspensions of Janus rods: the role of bond and shape anisotropy
本研究利用Monte Carlo模拟考察尖端功能化Janus硬球柱体在低密度下的组装，揭示形状与键合各向异性及相互作用参数对胶束、囊泡和层状相等结构的调控作用。
2024-06-12 cond-mat.soft physics.comp-ph
Fast and accurate solvers for simulating Janus particle suspensions in Stokes flow
我们提出了一种新的计算框架，模拟刚性球形Janus粒子在斯托克斯流中的悬浮液。我们表明，远程Janus粒子相互作用的广泛的应用可以解决使用快速，光谱精确的边界积分方法定制的多分散悬浮液的球形颗粒。这些都被纳入我们的刚体斯托克斯平台。我们的方法的特点是使用球谐展开的光谱精确的积分算子的评估，互补性为基础的碰撞解决方案，和最佳O（n）缩放粒子数时，通过快速求和技术加速。我们通过三个在生物医学应用中突出的Janus粒子系统的关键例子展示了我们平台的灵活性：两亲性，双极电和泳动粒子。我们制定Janus粒子相互作用的边界积分形式和展示特征的自组装和复杂的集体行为为每种粒子类型。
2021-04-29 cond-mat.soft cs.CE cs.NA
Elastocapillary driven assembly of particles at free-standing smectic-A films
复杂流体界面和膜内的胶体颗粒通过相互作用组装形成具有高度对称性的有序结构，所述相互作用包括毛细作用、弹性和其他场如静电荷。在这里，我们研究独立的近晶A膜内的微粒相互作用，其中所产生的弹性从导演场变形和毛细管相互作用所产生的界面变形竞争，直接组装的能动颗粒。新的胶体组装和图案，从一维链到二维聚集体，敏感的初始润湿条件的颗粒在近晶膜，报道。这项工作铺平了道路，利用液晶界面作为一种手段，直接自发形成的，可重构的，和光学活性材料。
2018-01-23 cond-mat.soft
Capillary assemblies in a rotating magnetic field
漂浮在流体上的小物体由于毛细力而具有聚集的趋势。在磁感应场的帮助下，这种效应已被用于将亚毫米金属球组装成各种结构，其形状和大小可以调整。在随时间变化的磁场下，这些组合体由于其所采用的形状的时间反演对称性的破坏而能够推进它们自己。在这篇文章中，我们研究了面内旋转的磁场对这些结构的影响。已经观察到具有不同的潜在机制的各种旋转模式。粒子的磁性使它们单独旋转。组件中的偶极-偶极相互作用可以导致整个结构与场对准。最后，非往复变形可以为组件的旋转提供动力。对称性在动力学中起着重要的作用，以及所施加的场的频率和振幅。理解这些效应的相互作用是必不可少的，无论是解释以前的观察，并开发这些组件的新功能。
2019-11-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two-Dimensional Vesicle Hydrodynamics from Hydrophobic Attraction Potential
我们开发了一个新的模型，据我们所知，多体流体动力学的两亲性Janus粒子悬浮在粘性背景流。Janus粒子通过疏水吸引势相互作用，导致自组装成双层结构。我们采用一种有效的积分方程方法来解决屏蔽拉普拉斯方程的疏水吸引力和解决流动性问题的水动力相互作用。积分方程公式准确地捕捉到近接触边界的相互作用。在线性剪切流作用下，我们观察到了由Janus粒子组成的二维囊泡的坦克踩踏变形。结果产生测量单层间摩擦，膜渗透性，并在大的剪切速率，膜破裂。模拟研究包括抛物流中的囊泡和剪切流和拉伸流中的囊泡-囊泡相互作用。Janus颗粒囊泡的流体动力学复制了不可伸展的弹性囊泡膜的行为。
2021-10-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elastic Cheerios effect: self-assembly of cylinders on a soft solid
将刚性圆柱体置于软凝胶上，使其表面变形。当多个圆柱体被放置在表面上时，它们通过变形凝胶的地形相互作用，变形凝胶作为能量景观;当它们移动时，景观发生变化，从而改变它们的相互作用。我们使用的实验，简单的缩放估计和数值模拟相结合，研究自组装的圆柱体在这个弹性模拟的Cheerios效应的毛细管相互作用的流体界面。我们的研究结果表明，有效的两体相互作用可以很好地描述了一个指数的吸引力的潜力，作为一个结果，动力学也表现出指数的行为相对于分离距离。当许多圆柱体被放置在凝胶上时，如果圆柱体相距不太远，它们就会聚集在一起;否则它们的运动就会被弹性阻止。
2015-08-05 cond-mat.soft
Curvature capillary repulsion
胶体的定向组装是材料科学中一个令人兴奋的领域，可以形成具有新的对称性和响应的结构。流体界面已经被广泛地利用来制造密集堆积的有序结构。我们一直在研究如何以新的方式使用界面曲率来引导结构形成。在流体界面上，吸附微粒周围的变形场的面积取决于界面曲率;颗粒移动以最小化它们在界面中产生的变形的多余面积。对于足够小的粒子，当粒子沿着主轴移动到高偏曲率的位置时，该区域减小。我们已经研究了这种迁移的微粒在一个弯曲的主机接口与零平均曲率通过钉扎周围的微柱的油-水界面。在这里，在一个类似的接口，我们证明毛细管曲率排斥，也就是说，我们确定的条件下，微粒迁移远离高曲率网站。通过理论和实验，我们讨论了这些相互作用的起源及其与粒子的波状接触线的关系。我们讨论了这种新型的相互作用在各种情况下，从材料科学microrobotics的影响。
2017-06-30 cond-mat.soft
Activity-Enhanced Self-Assembly of a Colloidal Kagome Lattice
在这里，我们描述了一种方法，用于增强自组装的三块Janus胶体有针对性地形成一个kagome晶格。使用计算机模拟，我们证明，这种难以捉摸的结构的形成可以显着改善通过自我推进或激活沿轴连接其疏水半球的胶体。亚稳态聚集体的不稳定和转化为有利的戈薇晶格的过程是相当普遍的，我们认为这种积极的方法提供了一个系统的途径，以提高大量的胶体结构的自组装。
2019-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the capillary stress tensor in wet granular materials
本文提出了一种非饱和颗粒介质在摆动制度的细观力学研究，数值实验的基础上，使用离散元方法，相比，一个微观结构弹塑性模型。考虑到水的影响，通过增加毛细血管的接触和他们的后果方面的力量和水量进行了研究。通过模拟三轴压缩试验，研究了部分饱和的宏观和微观效应。由这两种方法提供的结果似乎是在良好的协议，再现的主要趋势的部分饱和的颗粒组装，如剪切强度的增加和硬化与吸力。此外，毛细管应力张量表现出从毛细管力通过使用均匀化技术。宏观和微观的考虑都强调与材料内部的孔隙流体分布有关的毛细应力张量的诱导各向异性。由于这种流体组构的张量性质意味着与吸力有关的固相上的剪切效应，因此与标准的等效孔隙压力假设进行了比较。结果表明，水的影响引起微观结构的现象，不能被认为是在宏观层面上，特别是当处理材料的历史。因此，研究指出，非饱和土应力的定义应包括，除了宏观应力，如总应力，微观颗粒间的应力，如由毛细作用力，为了更准确地解释孔隙流体的力学行为的粒状材料的影响。
2011-05-05 cond-mat.soft
Capillary-Assisted Printing of Droplets at a Solid-Like Liquid-Liquid Interface
本文提出利用纳米颗粒表面活性剂构建类固态油水界面以稳定水滴，结合打印技术控制液滴位置实现自组装，并通过金纳米颗粒功能化界面实现光流控操控。
2024-05-02 cond-mat.soft
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
Near-zero surface pressure assembly of rectangular lattices of microgels at fluid interfaces for colloidal lithography
了解和工程软胶体粒子（微凝胶）在液-液界面的自组装拓宽了它们在胶体光刻中的应用。在这里，我们提出了一种新的路线组装矩形晶格的微凝胶在接近零的表面压力依赖于吸引力的四极毛细管相互作用和空间排斥之间的平衡颗粒在水/油界面。这些自组装的矩形晶格获得了广泛的颗粒，并在沉积后，可以用作光刻掩模，以获得垂直对齐的纳米线通过湿法和干法蚀刻工艺的规则阵列。
2020-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of Fluid Forces and Depletion Interactions in Directing Assembly of Aqueous Gold Nanorods on Hydrophobic Surfaces
本研究通过关联原位干燥轮廓与沉积图案，揭示了流体力和耗尽相互作用在金纳米棒蒸发自组装中的作用，为纳米材料结构控制提供框架。
2024-11-07 cond-mat.soft
Solvent Mediated Assembly of Nanoparticles Confined in Mesoporous Alumina
硫醇稳定的金纳米晶在介孔氧化铝中的受控自组装，用小角X射线散射原位探测。通过调节从不饱和蒸气冷凝的溶剂量的变化，可逆地控制自组装过程的演变。分析表明，纳米粒子在多孔模板内自组装成圆柱形单分子膜。随着溶剂的控制加入，纳米粒子在单分子层内的最近邻分离增加，有序性降低。该过程是可逆的溶剂的去除。还观察到纳米颗粒的各向同性簇在液体溶剂的解吸期间暂时形成，并且在完全除去液体后消失。对溶剂的吸收和解吸的测量显示出热循环后的强滞后。此外，在纳米粒子掺杂的孔中的溶剂的毛细管填充转变被转移到更大的化学势，相对于液体/蒸气共存，由4倍相比，没有纳米粒子的相同系统的预期值。
2006-03-24 cond-mat.soft
Dielectrophoretic Equilibrium of Complex Particles
与常用的球形Janus颗粒相反，在这里我们使用了使用光刻技术制造的工程Janus颗粒，以精确控制其几何形状和涂覆区域。具体来说，我们研究了一个棒棒糖形状的复杂粒子，它的头部涂有黄金，而它的尾巴是裸露的。由于其独特的电特性（即电极化性），颗粒表现出力平衡，其中作用在其头部和尾部上的相反介电泳力恰好彼此抵消以产生稳定的平衡位置。这是在四极电极阵列中实现的，其中工程粒子的平衡位置可以通过频率来调谐。这与标准介电电泳行为形成对比，在标准介电电泳行为中，当分别从负介电电泳响应转变为正介电电泳响应时，粒子将位置从四边形的中心转变为电极的最边缘。这为自组装、生物传感、仿生精子等复杂颗粒的定位控制开辟了新的机会。
2020-07-02 cond-mat.soft
