Curvature dependence of the electrolytic liquid-liquid interfacial tension
本文研究了在微观离子存在下被另一种液体包围的液滴的界面张力随液滴半径的变化规律。在线性Poisson-Boltzmann理论中得到了界面张力的解析表达式，并与非线性Poisson-Boltzmann理论的数值结果进行了比较。过量的液-液界面张力相对于纯的，无盐的液-液界面张力被发现分解成一个曲率独立的部分，由于短程界面效应和曲率依赖的静电贡献。确定了几个曲率依赖的制度的不同缩放的静电过剩界面张力。液滴和本体液体交换时的界面张力的对称关系被发现保持在低曲率极限，例如，导致多余托尔曼长度的符号变化。对于某些系统，当且仅当液滴尺寸超过液滴中的德拜屏蔽长度时，与本体中的德拜长度无关，直到二阶的低曲率展开才是适用的。
2008-09-29 cond-mat.soft
Simulation of Flow of Mixtures Through Anisotropic Porous Media using a Lattice Boltzmann Model
提出了一种基于格子Boltzmann（LB）方法的各向异性多孔介质中混溶和不混溶流体混合物瞬态渗透模拟方法。我们的模型结合了流体动力学流动，扩散，表面张力，并考虑各种类型的硬化流体的全球和局部粘度变化的可能性。可混溶的混合物由两种流体组成，一种由流体动力学方程控制，另一种由扩散方程控制。我们验证了我们的模型上的标准问题，如Poietille流，一个不可渗透的，疏水的界面和变形的流体由于表面张力力的液滴的碰撞。为了证明复杂的几何形状的适用性，我们模拟混合物的入侵过程中到木材云杉样品。
2009-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Poisson-Boltzmann approach for a lipid membrane in an electric field
在非线性（Poisson-Boltzmann）机制下，研究了非导电准平面脂膜在电解质和静态（DC）电场中的行为.由于在膜脂质和双层中的电荷的静电效应导致在这里分析的膜弹性模量的校正。我们表明，特别是在低盐限，i）由于德拜层的静电贡献的膜的表面张力跨越从二次行为的外部施加电压的线性电压制度。ii）由于德拜层对膜的弯曲模量的贡献对于高电压饱和。然而，由于有效的负表面张力的线性Debye-Hückel理论预测的膜波动不稳定性，坚持在非线性，高电压制度。
2010-04-16 cond-mat.soft
Surface and interfacial tensions of Hofmeister electrolytes
我们提出了一个理论，能够定量地说明不同的电解质溶液的表面和界面张力。结果表明，在界面附近，离子可分为两类：离液剂和亲液剂。当亲液剂在界面附近保持水合并被排斥时，离液剂松开它们的水合鞘并被吸附到表面。阴离子吸附与Jones-Dole粘度B系数密切相关。必须同时考虑到水化和极化率，以获得与实验定量一致。为了计算油-电解质界面的超额界面张力，还必须包括分散相互作用。该理论还可用于计算酸性溶液的表面和界面张力，预测强表面吸附的水合氢离子。
2018-02-20 cond-mat.soft
Discrete Boltzmann modeling of multiphase flows: hydrodynamic and thermodynamic non-equilibrium effects
建立了一个离散Boltzmann模型（DBM），用于研究相分离过程中的流体动力学和热力学非平衡（TNE）效应。粒子间力驱动变化，而由宏观量的梯度引起的梯度力则与变化相反。在本文中，我们通过对各种非平衡观测量的详细检查来研究它们之间的相互作用。基于TNE特征，我们定义了一个TNE强度，它粗略地估计了偏离热力学平衡的幅度。TNE强度随时间的演化提供了一个方便有效的物理判据来区分调幅分解和畴生长的阶段。通过DBM模拟和该判据，定量研究了相变潜热和表面张力对相分离的影响。结果表明，TNE强度在失稳分解阶段末达到最大值，随着潜热从零开始增加，TNE强度逐渐减小。表面张力的作用有三个方面，即延长了失稳分解阶段的持续时间，降低了最大TNE强度，并加快了畴生长阶段的速度。
2015-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Dynamic Surface Tension of Aqueous Solutions of Ionic Surfactants: Role of Electrostatics
用最大气泡压力法研究了阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵在空气-水界面上的吸附动力学。在短时间内，吸附是扩散限制的。在较长的时间，表面张力显示出一个中间平台，并不能再占扩散限制过程。相反，吸附出现动力学控制和减缓吸附障碍。一个泊松-玻尔兹曼理论的静电排斥从表面并不能完全解释所观察到的势垒。表面相变的可能性，预计从拟合的等温线，但尚未观察到的布鲁斯特角显微镜。
2010-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
RNA under Tension: Folding Landscapes, Kinetic Partitioning Mechanism, and Molecular Tensegrity
非编码RNA序列在控制许多细胞功能中发挥着重要作用，因此需要定量详细了解其复杂的构象动力学。在这个角度来看，我们首先表明，单分子拉实验与理论和模拟相结合时，可以用来定量探索折叠景观的核酸发夹，核糖开关与三级相互作用。核糖开关是一种非编码RNA元件，通过响应代谢物的结合而经历动态构象变化来控制基因表达，核糖开关的应用导致了RNA组装由分离螺旋的稳定性决定的组织原理。我们还指出了单分子拉伸实验的局限性，分子延伸作为唯一可访问的参数，在提取RNA分子折叠景观的关键参数。
2012-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Calculating potential of mean force between like-charged nanoparticles: a comprehensive study on salt effects
离子对聚电解质如核酸的结构和稳定性至关重要。本文利用蒙特卡罗模拟系统地计算了盐溶液中两个带相同电荷的纳米粒子之间的平均力势。采用伪弹簧方法计算了平均力势，并与逆玻尔兹曼方法进行了系统的比较。预测了二价/三价盐溶液中两个带相同电荷的纳米颗粒之间的有效吸引力，并且这种吸引力在非常高的盐浓度下变得减弱。我们的分析表明，对于该系统，离子桥纳米粒子的配置是负责的吸引力，和阴离子的入侵到纳米粒子之间的区域在高盐浓度将导致吸引力减弱，而不是电荷反转效应。本方法将用于计算核酸折叠过程中的有效相互作用。
2013-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Droplet Spreading on Heterogeneous Surfaces using a Three-Dimensional Lattice Boltzmann Model
我们使用一个三维格子玻尔兹曼模型来研究均匀和非均匀表面上的中尺度液滴的传播。在均匀的基底上，对于一定范围的粘度和表面张力，液滴的基半径随时间增长为$t^{0.28}$。时间演化坍缩到作为无量纲时间的函数的单一曲线上。在由交替的疏水性和亲水性条带组成的表面上，润湿速度是各向异性的，并且液滴的平衡形状反映了下面的基底的润湿性质。
2003-03-05 cond-mat.soft
Electrostatic interaction between dissimilar colloids at fluid interfaces
研究了两个不同的、中等电荷的胶体在流体界面上的静电相互作用。通过诉诸一个合理的模型系统，这个问题是解析解决的框架内的线性泊松-玻尔兹曼（PB）密度泛函理论（DFT）。所得到的相互作用包括表面和线部分，这两者作为颗粒间分离的函数，显示出丰富的行为，包括单调以及非单调变化。在几乎所有的情况下，这些变化不能正确地捕捉使用叠加近似。此外，表面张力，线张力和流体-流体界面张力，这都是独立的颗粒间的分离，得到的表达式。我们的研究结果预计将是特别有用的乳液稳定带相反电荷的粒子。
2018-04-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Dielectric permittivity of water confined in stacks of charged lipid layers: extracting profiles from molecular dynamics simulations using a modified Poisson-Boltzmann equation
Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière（里昂第一大学，法国国家科学研究中心，光物质研究所）；UPR 22/CNRS, Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心查尔斯·萨德龙研究所）
本文提出一种修改的泊松-玻尔方程模型，用于研究水在带电脂层堆叠中的介电极化率剖面，揭示脱水导致的膜间吸引现象。
2025-09-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
The Poisson Boltzmann equation and the charge separation phenomenon at the silica-water interface: A holistic approach
泊松-玻尔兹曼方程以其成功地描述了由二氧化硅/水界面处的电荷分离现象引起的德拜层而闻名。然而，通过仅处理液体中的移动离子电荷，泊松玻尔兹曼方程仅占双电层的一半，另一半，表面电荷层，超出其计算域。在这项工作中，我们采取一个整体的方法来处理，在一个单一的计算域，双电层，包括在液体中的移动离子和表面电荷密度的电荷分离现象在二氧化硅/水界面。泊松能斯特普朗克方程被用作我们的方法的严格基础。整体方法的优点是能够预测表面电荷的变化，所产生的盐和酸添加到液体中，或从液体通道宽度的减少到低于两倍的德拜长度。由于双电层必须是整体中性的，我们使用这个约束来导出泊松能斯特普朗克方程的静态极限的形式，以及一个全局化学势，它取代了经典的zeta电位作为PB方程的边界值，这可以从我们的形式主义重新推导出来。我们提出了我们的理论的几个预测，这些预测超出了PB方程的框架，例如，表面电容和所谓的pK和pL值，表面电荷层被中和的等电子点，以及由在连接到本体储库的纳米通道的入口区域处形成双电层引起的唐南电势的出现。所有的理论预测都与实验结果吻合得很好。
2016-03-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Theory of Capillary Tension and Interfacial Dynamics of Motility-Induced Phases
本研究从打破时间反演对称性的微观粒子动力学出发，推导共存运动诱导相的界面动力学，识别非热能标与非平衡表面张力，揭示其与机械表面张力的差异及线性关系，为远离平衡界面的描述提供新视角。
2024-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Poisson-Boltzmann for oppositely charged bodies: an explicit derivation
离子溶液中带电体之间的相互作用是胶体物理中的一个普遍问题，也是研究蛋白质、核酸、膜等生物体系静电相互作用的中心课题。这个问题通常从两个平行带电板的简单一维模型开始描述。针对这一问题存在几种不同的方法，侧重于不同的特征。在许多情况下，施加在板上的压力的一个直观的表达式，其中包括静电加上渗透贡献。我们提出了一个明确的和自洽的推导这个公式的一般情况下的任何电荷密度的板和任何盐溶液，在泊松-玻尔兹曼理论的框架内获得。我们还表明，取决于外部约束，正确的热力学势可以不同于通常的PB自由能。由此产生的表达式预测，不对称，带相反电荷的板，存在一个非平凡的平衡位置与板分离的有限距离。因此，它是至关重要的，为了研究相应的能量最小的动力学稳定性，以获得其明确的依赖于板的电荷密度和离子浓度。1975年，Ohshima [Ohshima H.，胶体与聚合物科学253，150-157（1975）]，但令人惊讶的是，这个重要的结果似乎被忽视了今天。我们检索Ohshima获得的表达式在一个更简单的形式主义，更熟悉的物理界，并给出了物理解释所观察到的行为。
2009-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrostatic interaction between colloids with constant surface potentials at fluid interfaces
本论文研究了两种化学性质相同的胶体之间的静电相互作用，这两种胶体都具有恒定的表面电势，并且在两种不混溶流体的界面处，在颗粒间短距离分离的限制下。使用一个适当的模型系统，该问题的线性Poisson-Boltzmann理论和经典密度泛函理论的框架内解析地解决。静电问题的控制方程是由相应的密度泛函的最小化，这导致德拜-休克尔方程。随后，通过精确计算以及应用广泛使用的叠加近似来求解德拜-休克尔方程，每个方程都提供了系统内部静电势分布的表达式。此外，静电问题的结果被用来计算胶体颗粒之间的表面和线相互作用能量密度。在所有情况下，叠加近似不能正确预测小间距和大间距的相互作用能。此外，表面张力，线张力和界面张力，这都是独立的颗粒间的分离，得到的解析表达式。本论文的研究结果将丰富对流体界面上胶体间静电相互作用的描述。
2019-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Interaction between charge-regulated metal nanoparticles in an electrolyte solution
我们提出了一个理论，使我们能够计算电荷调节的金属纳米粒子之间的相互作用电位内的酸性电解质溶液。该方法是基于最近推出的电荷调节模型，使我们能够明确-在一个特定的微观模型-涉及的弱酸的本体缔合常数的表面缔合常数为相同的弱酸吸附位点。当考虑金属纳米颗粒时，我们明确地考虑了导电核中的感应表面电荷的影响。为了探索近似的准确性，我们比较了一个孤立的电荷调节金属纳米粒子的离子密度分布与明确的蒙特卡罗模拟相同的模型。一旦建立了理论方法的准确性，我们就通过数值求解具有电荷调节边界条件的Poisson-Boltzmann方程来计算两个电荷调节金属纳米颗粒之间的相互作用力。然后通过积分电渗应力张量来计算力。我们发现，对于金属纳米粒子的电荷调节边界条件可以很好地近似为恒定的表面电荷边界条件，最近引入了一个非常准确的Derjaguin近似。另一方面，胶体文献中经常使用的恒定表面电势边界条件，显示出与具有大电荷不对称性的颗粒的电荷调节边界条件的显著偏差。
2020-11-25 cond-mat.soft
Measuring the effective stress parameter using the multiphase lattice Boltzmann method and investigating the source of its hysteresis
本文利用多相格子玻尔兹曼方法在孔隙尺度模拟非饱和土，提出基于吸力和表面张力的有效应力参数测量算法，揭示其随饱和度的变化规律及滞回成因。
2024-12-31 cond-mat.soft
Modelling droplet-particle interactions on solid surfaces by coupling the lattice Boltzmann and discrete element methods
Institute for Multiscale Thermofluids, School of Engineering, University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院多尺度热流体研究所）
该研究耦合LBM与DEM开发三维数值方案，模拟液滴-颗粒在固体表面的相互作用，揭示液滴除污机制，还可探究相关环境现象并调控实验难调参数。
2026-07-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Surface Passivation Method for Super-repellence of Aqueous Macromolecular Condensates
本文提出用12 kDa化学交联PEGDA透明水凝胶涂覆载玻片，实现超低表面张力大分子及蛋白质相分离液滴的完全去润湿与最小钉扎。
2023-06-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Adsorption dynamics of hydrophobically modified polymers at an air-water interface
使用表面张力测量，我们研究了刷限制的吸附动力学的一系列两亲性聚合物，PAAH- $α$ - $\textrm{C}_n$组成的聚（丙烯酸）骨架，PAAH，接枝有一部分$α$的烷基部分，含有$n=8$或$n=12$碳原子，在pH值条件下，PAAH骨架不带电。在短时间内，随着接枝度的增加，表面张力降低得更急剧，而在长时间内，吸附动力学在时间上变成对数，并且随着接枝度的增加而变慢。在长时间内的这种对数行为表明随着时间的推移而增长的自由能势垒的建立。为了解释所观察到的表面张力的接枝程度的演变，我们提出了一个方案，其中的自由能势垒的结果从传入的聚合物线圈的变形和变形的吸附刷。我们的模型只涉及两个拟合参数，单体的大小和一个分子在吸附过程中所需的面积，并与实验数据一致。我们得到了一个合理的值的单体大小，并找到一个区域，每个吸附的聚合物链的顺序为1 nm $^2$，表明聚合物链强烈拉伸，因为它们吸附。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Potential of mean force between like-charged nanoparticles: Many-body effect
离子介导的相互作用对于聚电解质如胶体和核酸的性质是重要的。两种聚电解质之间的有效对相互作用已被广泛研究，但多体效应的多聚电解质仍然是难以捉摸的。本文采用蒙特卡罗模拟和非线性Poisson-Boltzmann理论研究了同电荷纳米粒子在不同盐溶液中平均力势（PMF）的多体效应。我们的计算表明，在高的1：1盐，PMF是弱排斥和出现加性，而在低的1：1盐，加性假设高估了排斥多体PMF。在低的2：2盐，对PMF出现弱排斥，而多体PMF可以成为吸引力。相反，在高2：2盐浓度下，对PMF是明显吸引的，而多体效应可以导致比加性假设更弱的吸引PMF。我们的微观分析表明，难以捉摸的多体效应归因于离子结合，这是敏感的离子浓度，离子价态，纳米粒子的数量和纳米粒子上的电荷。
2016-08-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Electrostatic interaction between non-identical charged particles at an electrolyte interface
在这篇论文中，我们研究了一对不同的，中等电荷的胶体粒子之间的横向静电相互作用被困在电解质界面在短期内粒子间的分离的限制。使用一个简化的模型系统，我们解决了线性泊松-玻尔兹曼理论和经典的密度泛函理论的框架内解析的问题。在第一步中，我们精确地计算系统内部的静电势以及广泛使用的叠加近似。然后利用这些结果计算了粒子间的表面和线相互作用能量密度。相反的情况下，相同的粒子，取决于系统的参数，我们得到的表面和线的相互作用可以随着粒子之间的不同分离的非单调变化和叠加近似在大多数情况下无法预测正确的定性行为。此外，叠加近似无法定量预测的能量贡献，即使在很大的距离。我们还提供了常数（独立于粒子间分离）相互作用参数的表达式，即，表面张力，线张力和界面张力。我们的研究结果预计将用于模拟粒子在流体界面的相互作用，特别是使用带相反电荷的粒子的乳液稳定。
2017-10-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Pinning-depinning mechanism of the contact line during evaporation on chemically patterned surfaces: A lattice Boltzmann study
本文采用具有液-气相变的热多相晶格玻尔兹曼（LB）模型，数值研究了化学条纹图案表面上液滴蒸发过程中接触线的钉扎和脱钉机制。在扩散界面的情况下，局部力平衡被引入到解释的平衡态的化学图案化表面上的液滴。结果表明，当接触线被钉扎在疏水-亲水边界上时，不同的接触角可以解释为每个组分所占据的接触线长度的变化。LB模拟很好地捕捉了化学图案化表面上蒸发液滴的粘滑跳跃行为。特别地，在粘附（钉扎）模式期间清楚地观察到接触线的缓慢移动，这表明在化学条纹图案化表面上的液滴蒸发期间接触线的钉扎实际上是一个动态钉扎过程，并且动态平衡是通过由每个组件占据的接触线的自调节来实现的。此外，它示出，当表面张力随温度而变化时，Marangoni效应对接触线的脱钉有重要影响，这发生在由Marangoni应力引起的力的水平分量（朝向液滴的中心）克服了不平衡的杨氏力朝向外部时。
2016-09-01 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations for soft flowing matter
本文综述了格子玻尔兹曼方法中用于处理近接触超分子相互作用的粗粒化模型，并展示了其在软流动晶体、稠密乳液、层级乳液、软颗粒流及活性液滴迁移等软流动物质问题中的应用。
2024-11-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Intentionally added ionic surfactants induce Jones-Ray effect at air-water interface
琼斯-射线效应是在毫摩尔盐浓度下含水电解质的表面张力中的异常最小值。我们的实验表明，有意添加离子表面活性剂诱导琼斯射线效应。一维Poisson-Boltzmann理论，包括表面活性剂吸附和盐耗尽的影响，很好地符合所获得的实验数据。理论中所用的离子比表面亲合能的所有参数都与以前的实验相一致。这些结果有力地表明，到目前为止观察到的琼斯射线效应已引起的空气-水界面的不可避免的污染。
2018-10-19 cond-mat.soft physics.chem-ph
Discrete Boltzmann multi-scale modeling of non-equilibrium multiphase flows
本文的目的是双重的：第一是制定和验证一个多尺度离散玻尔兹曼方法（DBM）的基础上的密度泛函动力学理论的热多相流系统，从连续过渡流制度;第二是提出一些新的见解热流体动力学非平衡（THNE）的影响，在相分离过程中。从方法上讲，DBM包括三个主要支柱：（i）确定最少的动力矩关系，这是描述连续流体力学范围之外的显著THNE效应所需要的，（ii）构造恢复所有期望的动力矩的适当的离散平衡分布函数，（iii）检测、描述、基于非平衡分布矩（$f-f^{(eq)}$）的THNE的介绍和分析。适当的附加高阶热力学动力学矩的结合大大扩展了DBM的处理较大值的液体-蒸气密度比，抑制寄生电流，并确保质量-动量-能量守恒的能力。与仅具有一阶THNE的DBM（GAN et al.软物质11，5336）相比，该模型获得了超过三阶超Burnett水平的动力学矩，并且即使当局部Knudsen数超过$1/3$时，对于弱、中等和强THNE情况也是准确的。在物理上，THNE与有关物理参数之间的线性关系的终点提供了一个明确的标准，以确定系统是否接近或远离平衡。此外，表面张力对界面附近的THNE有抑制作用，但通过界面的平滑和加宽，使THNE的范围扩大，强度增强。
2022-09-05 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Effects of surface charge and environmental factors on the electrostatic interaction of fiber with virus-like particle: A case of coronavirus
我们提出了一个理论模型来阐明病毒和底物之间的分子间静电相互作用。我们的模型将病毒视为具有表面电荷的均质颗粒，将呼吸器的聚合物纤维视为带电平面。病毒和纤维周围的电势受病毒表面电荷分布的影响。我们使用泊松-玻尔兹曼方程来计算电势。然后，Derjaguin的近似和一个线性叠加的潜在功能扩展到确定的静电力。在这项工作中，我们将此模型应用于冠状病毒或SARS-CoV-2的情况下，数值结果定量地同意先前的模拟。我们发现，纤维的潜在的病毒的表面电荷的影响是重要的，并考虑在相互作用计算，以获得更好的准确性。静电相互作用随着分离距离的增加而显著衰减，并且当添加更多盐时，该曲线变得更陡。虽然相互作用力随着加热而增加，但当环境为酸性时，可以观察到排斥-吸引转变。
2021-10-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
