Electric double layer of colloidal particles in salt-free concentrated suspensions including non-uniform size effects and orientational ordering of water dipoles
悬浮液在各种静态或交变外场下的响应强烈地依赖于悬浮液中胶体颗粒周围的平衡双电层。无盐悬浮液的理论模型可以通过将非均匀尺寸效应和水偶极子的取向排序忽略在以前的平均场方法，这是基于泊松-玻尔兹曼方法。我们的模型包括非均匀的尺寸效应和水偶极子的取向有序似乎有相当有前途的效果，因为该模型可以预测的现象，如一个沉重的下降，相对介电常数的悬浮液和反分层附近的高电荷胶体颗粒。在这项工作中，我们数值计算得到的电势，反离子浓度和相对介电常数周围的带电粒子在浓缩无盐悬浮液校正的非均匀尺寸效应和取向有序的水偶极子。结果表明，这种修正的价值，中等到高的粒子电荷在每一个粒子的体积分数。我们的结论是，非均匀的尺寸效应和取向有序的水偶极子是必要的新的理论模型的发展，研究在浓胶体悬浮液中的非平衡特性。
2022-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Sequential tasks performed by catalytic pumps for colloidal crystallization
浸在化学燃料中的金铂催化泵用于操纵硅胶体。操纵依赖于泵产生的电场和流体流动。催化泵执行各种任务，例如胶体的排斥，胶体的吸引和胶体的引导结晶。我们证明，催化泵可以执行这些任务顺序随着时间的推移。从一个任务切换到下一个任务与质子浓度的局部变化有关，质子浓度的局部变化改变了胶体的zeta电位，从而改变了作用在胶体上的电力。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Regulating Aggregation of Colloidal Particles in an Electro-Osmotic Micropump
通过微流体通道的不受限制的颗粒输送对于包括芯片实验室设备在内的广泛应用至关重要。在这篇文章中，我们使用视频显微镜研究了在盐梯度存在下，胶体颗粒在微米级二氧化硅通道开口处的电渗聚集。颗粒聚集最终导致通道堵塞，这可以通过施加的电势的时间调节反转来解除。我们通过斯托克斯-泊松-能斯特-普朗克方程在一个几何形状，近似真实的样品数值模拟我们的系统。这使我们能够识别由电场和盐梯度诱导的运输过程，并提供其平衡导致聚集的证据。我们进一步实验证明，通过通道的胶体的净流量可以通过施加具有适当调谐的占空比的方波电势来实现。我们的研究结果有助于指导微流体和纳米流体泵的设计，允许受控的颗粒传输，并为超滤中的防污提供新的见解。
2021-03-31 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Orientation control and nonlinear trajectory tracking of colloidal particles using microfluidics
各向异性布朗粒子的悬浮液在诸如药物递送和纤维增强复合材料的制造等广泛的应用中经常遇到。小的各向异性颗粒的技术应用和基础研究迫切需要在定义的轨迹和路径上精确控制颗粒取向。在这项工作中，我们证明了强大的控制二维（2D）的质心位置和方向的各向异性布朗粒子仅使用流体流。我们实现了一个路径跟踪模型预测控制方案来操纵胶体粒子在位置空间中的定义轨迹，其中沿路径的移动速度是控制器设计中的自由度。我们进一步探讨如何外部流场影响各向异性颗粒在稳定和瞬态拉伸流的取向动力学，使用实验和分析建模相结合。总的来说，这项技术提供了新的途径，各向异性胶体粒子的基础研究，只使用流体流动，而不需要外部电场或光场。
2019-07-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A spectral boundary integral method for simulating electrohydrodynamic flows in viscous drops
提出一种谱边界积分方法，利用球谐展开和综合电荷输运模型模拟均匀电场中液滴的电流体动力学，通过加权球谐展开解决低粘度液滴的数值振铃问题，并在Taylor和Quincke电旋转区域验证了其有效性。
2022-10-10 physics.flu-dyn
Optoelectronically Directed Self-Assembly of Active and Passive Particles into Programmable and Reconfigurable Colloidal Structures
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）；University of the West of England（西英格兰大学）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
通过光电子调控实现主动-被动胶体粒子可控自组装，揭示频率依赖性相互作用与结构多形性在可重构微尺度机器设计中的作用。
2025-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Electrokinetically Driven Reversible Banding of Colloidal Particles Near the Wall
这个流体动力学视频，在第66届美国物理学会流体动力学分部年会（匹兹堡，宾夕法尼亚州），展示了如何介电胶体聚苯乙烯（PS）颗粒与负表面电荷在稀悬浮液流过微通道可以被操纵和组装成流向结构，通过使用剪切和沿流向方向施加的负电场的组合。有趣的是，这些结构仅在壁的约1 μ m内观察到，其也具有负表面电荷，并且不存在于整体流中。
2013-10-11 physics.flu-dyn
A review of shaped colloidal particles in fluids: Anisotropy and chirality
这篇评论将不对称的胶体颗粒移动通过其宿主流体的作用下，某种形式的推进。推进力可以来自外部体积力或来自外部剪切流。它也可能来自表面的外部诱导应力，由施加的化学、热或电梯度引起。所产生的运动是由被驱动的质点和被驱离的流体共同引起的。如果物体是不对称的，它们的运动和相互作用的每个方面都取决于物体的方向。该取向又响应于驾驶而改变。因此，物体的形状可以导致一系列各向同性球形粒子不可能出现的各向异性和手性运动。我们首先考虑什么方面的身体的不对称性可以影响其通过流体的漂移，特别是手征运动。接下来我们讨论通过向粒子注入外力或转矩来驱动。然后我们考虑在不注入力或扭矩的情况下驱动。这包括通过剪切流驱动和通过表面应力驱动，例如电泳。我们考虑如何依赖于时间的驱动可以诱导集体取向秩序和相干运动。我们展示了如何一个给定的粒子形状可以表示使用一个点的力量称为Stokeslet对象的组件。接下来，我们考虑各向异性推进粒子之间的相互作用，控制相互作用的对称性，以及结合粒子对的可能性。最后，我们展示了如何集体流体力学的悬浮液可以定性地改变颗粒的形状。这里讨论的不对称响应也广泛相关的主动微米级物体，如微生物的游泳推进。
2020-09-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Reciprocal theorem for ion-releasing colloidal particles
Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences（弗鲁姆金物理化学与电化学研究所，俄罗斯科学院）
研究离子释放胶体粒子互易定理，通过考虑催化粒子周围二次云影响即过量电荷\(Q\)，推导相关方程，展示其在多种粒子运动中的应用，发现额外项对粒子迁移率有不同影响，还讨论了与微游动器相互作用的相关性。
2026-09-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tornadoes in a Microchannel
在非稀释胶体悬浮液中，颗粒体积分数的梯度导致电导率和介电常数的梯度。外部施加的电场与电导率和介电常数的梯度耦合，并且在某些条件下，可以导致驱动流动不稳定形成涡流的电体力。实验在正方形200微米PDMS微流体通道中进行。胶体悬浮液由0.01体积分数的2或3微米直径的聚苯乙烯颗粒在0.1 mM磷酸盐缓冲液和409 mM蔗糖中组成，以匹配颗粒-溶液密度。使用20 Hz的AC电场和430至600 V/cm的强度。我们提出了一个流体动力学的视频，显示了粒子聚集的演变和旋涡流的形成。在施加场时，颗粒聚集形成颗粒链和三维结构。这些粒子形成旋转带，其中旋转轴随时间变化，并且可以与其他旋转带碰撞，从而形成越来越大的带。有些群体成为具有稳定旋转轴的漩涡。其他现象包括反向旋转的旋涡，碰撞旋涡，和非旋转粒子带内波。
2008-10-11 physics.acc-ph physics.flu-dyn
Impact of internal flow and particle-substrate interaction on deposit patterns during evaporation of a colloidal sessile droplet
本文通过有限体积数值模拟研究胶体液滴蒸发中的颗粒沉积，比较三种物理模型，揭示径向流主导咖啡环效应而马兰戈尼流使其均匀化，并阐明基底-颗粒相互作用及热浮力的影响。
2025-07-18 physics.flu-dyn
Joule Heating-Induced Particle Manipulation on a Microfluidic Chip
我们开发了一种电动技术，通过独家利用固有的焦耳热效应，连续操纵胶体颗粒以节能的方式集中成图案化的颗粒群。我们的技术利用了由于非均匀电场和热场之间的相互作用而产生的交流涡流现象。高度不均匀的电场通过产生从集中点热点沿径向方向变化的空间变化的焦耳热来产生急剧的温度梯度。急剧的温度梯度会引起电特性的局部变化，进而产生强的涡旋。所施加的流体流动将胶体颗粒带到热点的中心并使颗粒聚集。此外，可以在低功率预算中形成焦耳加热点的操纵结构、不同图案的颗粒聚集，因此，开辟了片上颗粒操纵过程的新领域，而不需要高度聚焦的激光束，高度聚焦的激光束非常复杂并且需要更高的功率预算。这种技术可以在芯片实验室设备中使用，以操纵包括生物细胞在内的粒子群。
2019-01-28 physics.app-ph physics.flu-dyn
Mesoscopic Turbulence and Local Order in Janus Particles Self-Propelling under an AC Electric Field
为了阐明活性粒子所表现出的介观湍流机制，我们对无生命自推进粒子的湍流状态进行了实验研究。我们实现了一个实验系统与密集的悬浮液的不对称胶体颗粒（Janus粒子）的自推进下的交流电场的二维表面。在拥挤的情况下，Janus粒子的速度场可以看作是一种湍流，因为它包含了许多旋涡，它们的速度是突变的。速度场的关联函数揭示了极性排列和反平行排列相互作用的共存，这被认为是触发介观湍流的原因。局部序参量的概率分布表明，极性和极性的顺序与粒子在同一方向上移动的局部集群的形成。速度场的能谱中出现了一个宽峰，在空间尺度上观察到极性排列和团簇形成。能量是在粒子尺度上注入的，这样的守恒量，如能量，可以级联向更大的集群。
2015-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
