A Case Study of Sedimentation of Charged Colloids: The Primitive Model and the Effective One-Component Approach
本文从理论上和蒙特卡罗模拟两方面计算了电荷稳定胶体悬浮液的沉降-扩散平衡密度分布，其中既包括胶体颗粒通过成对屏蔽库仑排斥相互作用的单组分模型，也包括胶体、阳离子和阴离子与非屏蔽库仑相互作用的三组分模型。我们专注于实验测量可用的状态点[C. P. Royall等人，J.物理学：Cond.马太福音{ \bf 17}，2315（2005）]。尽管从单组分模型和三组分模型中出现了明显不同的图像（在前者中排斥胶体相互推到高空，而在后者中自生电场将胶体推到高空），但我们从理论和模拟中发现两种模型的胶体密度分布相似，从而表明这些图像代表了同一现象的不同观点。从一个有效的单组分模型MC模拟和理论，连同MC模拟的多组分原始模型的沉积配置文件是一致的，但不同的定量结果的理论多组分描述在泊松-玻尔兹曼水平。我们发现，对于小的和中等的胶体电荷的泊松-玻尔兹曼理论给出的配置文件在良好的协议与有效的单组分理论，如果使用一个较小的有效电荷。我们将这种差异归因于泊松-玻尔兹曼理论中对相关性的处理不佳。
2007-02-20 cond-mat.soft
Sedimentation path theory for mass-polydisperse colloidal systems
多分散性和引力场的存在都是基本上任何胶体实验所固有的。虽然一些理论工作集中在多分散性对胶体体系的体相行为的影响上，但关于引力场对多分散胶体悬浮液的影响知之甚少。我们在这里扩展沉降路径理论来研究质量多分散胶体系统的沉降-扩散-平衡：颗粒具有不同的浮力质量，但它们在其他方面是相同的。该模型有助于理解沉降实验中重力和多分散性之间的相互作用。由于该理论可以应用于任何母体分布的浮力质量，它也可以用来研究单分散胶体系统的沉降。我们发现，质量多分散性有很强的影响，在密度匹配附近的胶体系统的胶体粒子的裸密度等于溶剂密度。为了说明这一理论，我们研究了质量多分散硬球悬浮液的沉积-扩散-平衡结晶。
2022-11-24 cond-mat.soft physics.class-ph
Clusters in sedimentation equilibrium for an experimental hard-sphere-plus-dipolar Brownian colloidal system
在这项工作中，我们使用的结构和动力学的沉降平衡，在重力的存在下，检查，$via$共聚焦显微镜，布朗胶体系统中存在的外部电场。零场状态方程（EOS）是硬球状态方程，没有颗粒尺寸的重新标度，流体动力学对长时间自扩散系数的修正与硬球状态方程的期望值在数量上是一致的。注意确保无量纲引力能（相当于佩克莱数$Pe_g$）和偶极强度$Λ$都是单位阶数。在外部电场的存在下，各向异性的链链簇的形式，这种团簇形成表现出本身与一个平台的外观时，无量纲的偶极强度$Λ\sim 1$的扩散系数。这种链-链簇状态的结构和动力学检查两个粒径的单分散系统。
2015-07-30 cond-mat.soft
Sedimentation of a Colloidal Monolayer Down an Inclined Plane
本文研究了沿斜面沉积的胶体单分子层的受驱动集体动力学。平行于底壁的重力的作用在每个胶体周围产生流动，并且随着局部密度的增加，胶体之间的流体动力学相互作用加速沉积。这导致了一个普遍的“三角形”不均匀密度分布的创建，与一个旅行的密度激波在前沿移动在下坡方向。与由施加的扭矩而不是力驱动的胶体单层中的密度冲击不同[Phys. Rev. Fluids，2（9）：092301，2017]，沉降过程中的密度前沿在很长一段时间内保持稳定，即使它形成了数十个颗粒直径的粗糙度。通过实验测量和基于粒子的计算机模拟，我们发现，Burgers方程可以模拟沿沉积方向的密度分布作为时间的函数显着，与适度的改善，如果非线性守恒定律帐户的次线性依赖的集体沉降速度对密度。
2020-11-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of vertical confinement on gelation and sedimentation of colloids
我们考虑胶态凝胶在重力方向的限制下的沉降。限制使我们能够直接比较实验和计算机模拟，在垂直方向上相同的系统尺寸。与散装系统相比，限制也导致定性不同的行为：在大系统中，凝胶化抑制沉降，但对于小系统，相对于非凝胶化悬浮液，沉降增强，尽管当胶体之间的吸引力强度较强时，沉降速率降低。我们映射模型实验系统（在真实空间中观察）和计算机模拟之间的相互作用参数。值得注意的是，我们发现，当模拟系统使用布朗动力学，其中颗粒之间的流体动力学相互作用被忽略，我们发现，沉降发生在相同的时间尺度上的实验，但厚度的凝胶的“臂”是相当大的实验中，与模拟相比。模拟中的局部结构分析表明，在没有重力的情况下，凝胶化的行为类似。
2017-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rotational averaging-out gravitational sedimentation of colloidal dispersions and phenomena
我们报告的胶体系统之间的差异离开地球的引力场和相同的系统，其中一个缓慢的连续旋转平均了颗粒沉降的影响，在一个距离尺度小的颗粒大小相比。几个系统的微米级胶体颗粒进行了研究：硬球流体，胶体相互作用通过远程静电排斥以上的冻结体积分数，带相反电荷的胶体系统接近凝胶化和/或结晶，胶体与竞争的短程耗尽吸引力和远程静电排斥，胶体偶极链，胶体金血小板的条件下，他们形成堆栈。在允许颗粒沉降的实验和沉降被平均的实验之间观察到结构形成的重要差异。例如，在胶体通过远程静电排斥相互作用的情况下，在重力的作用下，在整个悬浮液中观察到稀流体/稀晶体/致密流体/致密晶体相的不寻常序列，这与胶体相互作用的体积分数相关，而系统保持均匀结晶，旋转。对于带相反电荷的胶体，凝胶状结构被发现在重力的影响下崩溃，在沉淀物的顶部生长有一些结晶层，而当胶体沉淀被平均化时，凝胶完全转化为在整个样品中随机取向的微晶。旋转平均重力沉降是一种有效而廉价的方法来估计重力对胶体自组装过程的重要性。
2011-11-18 cond-mat.soft physics.space-ph
Sedimentation of active colloidal suspensions
本文对重力场作用下活性胶体悬浮液的非平衡稳态进行了实验研究。活性粒子由化学动力胶体制成，在添加燃料（这里是过氧化氢）的情况下显示出自我推进。在专用的微流体装置中研究了活性悬浮液，该装置由可渗透的凝胶微结构制成。单个胶体的微观动力学和重力下的悬浮液的全球静止状态-密度分布，数量波动-用光学显微镜测量。这允许连接的沉降长度的个人自推进的动态，这表明在本稀释制度的活性胶体的行为作为“热”粒子。我们的工作是人工活性系统的非平衡性质的实验探索的第一步。
2010-04-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Sedimentation of self-propelled Janus colloids: polarization and pressure
我们研究实验-使用Janus胶体-和理论-使用活性布朗粒子-稀活性胶体的沉降。我们首先确认指数密度分布的存在。我们的实验表明，出现一个极化的稳定状态的有效平衡制度之外，即当v_s是不是比推进速度小得多。在不需要拟合参数的情况下，理论预测很好地描述了偏振态的实验分布。然后，我们讨论和比较三种不同的定义的压力沉降颗粒：颗粒的重量以上的一个给定的高度，动量和主动脉冲的流量，和压力计测量的力密度。
2018-05-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Erythrocyte sedimentation: Fracture and collapse of a high-volume-fraction soft-colloid gel
本研究通过显微与介观模拟揭示红细胞形成软胶体凝胶，并基于高体积分数等特性建立引力坍塌理论模型，其预测与宏观测量相符，阐明了红细胞沉降的物理机制。
2021-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Effect of sample height and particle elongation in the sedimentation of colloidal rods
本文从理论上研究了引力场对不同长宽比杆的胶体悬浮液平衡行为的影响。系统的体相用解析状态方程描述。然后通过沉降路径理论将引力场结合起来，该理论假设样品在每个高度处的局部平衡条件。由于引力场的存在，体唯象学得到了极大的丰富。在一个悬浮的细长棒与五个稳定的阶段在散装，引力场稳定多达15个不同的堆叠序列。样品高度对稳定堆积顺序有重要影响。当在恒定的胶体浓度下增加样品高度时，不同体相的新层出现在顶部、底部或同时出现在顶部和底部。我们还研究了在质量多分散悬浮液中的沉降，其中所有杆具有相同的形状，但不同的浮力质量。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sedimentation equilibrium as a probe of the pressure equation of state of active colloids
本文提出从活性悬浮液沉降平衡剖面提取压力状态方程的理论与计算框架，基于一维活性布朗粒子模型，通过精确力学方法恢复压力，并与周期模拟对比，为实验测量和材料设计提供基础。
2025-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Validity of Stokes-Einstein Relation in Soft Colloids up to the Glass Transition
我们调查的动力学冻结的嵌段共聚物胶束的不同的柔软度在很宽的颗粒浓度范围内的动态，从流体的玻璃化行为的发病，通过结合流变学，动态光散射和脉冲场梯度NMR光谱。我们还进行布朗动力学模拟的基础上的超软粗粒的潜力，这被发现是在定量协议与实验，捕捉甚至非常详细的动态结构因子S（Q，t）接近玻璃化转变。我们提供的证据表明，对于这些系统的斯托克斯-爱因斯坦关系举行了玻璃化转变;鉴于它是违反了致密悬浮液的硬胶体，我们的研究结果表明，它的有效性是一个有趣的签名超软相互作用。
2015-08-31 cond-mat.soft
Collective sedimentation of colloids in grafted polymer layers
我们提出了蒙特卡罗模拟的胶体粒子拉到接枝聚合物层的外场。插入自由能的一个单一的胶体到聚合物层是定性不同的表面与有序和无序分布的接枝点。此外，胶体颗粒穿过接枝层的趋势强烈地依赖于尺寸。在致密的胶体悬浮液中，在足够强的外力的影响下，集体不稳定性允许胶体渗透并形成跨越聚合物层的内部有序的柱状结构。根据条件，这些胶体团簇可以是孤立的或横向扩散的。观察到的图案的形态可以通过外场控制，这为薄结构薄膜的设计开辟了新的途径。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the interplay between sedimentation and phase separation phenomena in two-dimensional colloidal fluids
被限制在界面上的胶体颗粒有效地形成了二维流体。我们研究了这种胶体的动力学，当它们受到恒定的外力，驱动它们在一个特定的方向上的表面。例如，当容器倾斜一个角度时，这种情况就发生在已经沉降到容器底部的胶体颗粒上，这样它们就"沉降"到表面的下边缘。我们特别关注的情况下，当有吸引力的胶体，使它们相分离成高密度和低密度的区域，我们研究这种相分离的沉降过程中的影响。我们模拟的胶体作为布朗粒子，并使用布朗动力学计算机模拟和动力学密度泛函理论（DDFT），以获得的整体平均单体密度分布的胶体的时间演化。我们考虑的情况下，外部电位只在一个方向上变化，使合奏平均密度分布只在这个方向上变化。我们在一维求解DDFT，假设密度分布只在一个方向上变化。然而，我们也解决了二维的DDFT，允许流体密度分布在$x$-和$y$-方向上变化。我们发现，在某些情况下，二维的DDFT是明显优于其一维对应相比，模拟，我们讨论了这个问题。
2010-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sedimentation and structure of squirmer suspensions under gravity
本研究利用DPD粗粒化模型模拟重力场下微型游泳者悬浮液沉降，发现随重力增强底层转变为六方晶体有序态，且puller比pusher更易重排并维持底层六方有序性。
2024-11-20 cond-mat.soft
The interplay of sedimentation and crystallization in hard-sphere suspensions
我们通过布朗动力学模拟研究了胶体硬球模型中沉降影响下的晶体成核。我们引入了两个作用于胶体流体的外场：一个是均匀的引力场（体积力），另一个是通过钉扎一层平衡粒子而施加的表面场（粗糙壁）。我们发现，晶体成核被抑制在附近的墙壁由于减慢的动力学，这种效果的空间范围是由静态长度尺度的键取向顺序。对于距离壁大于这个长度尺度的距离，成核速率通过沉降过程大大增强，因为它导致在底部附近更高的体积分数或更高的过冷度。成核阶段类似于均质情况，核平均为球形并且具有在空间中随机取向的晶面。相反，生长阶段受到引力场引入的对称性破缺的极大影响，密度梯度导致附着率减慢，这反过来又导致原子核横向生长得更快。我们的研究结果表明，晶体成核的增加，在较高的密度区域可能是硬球的晶体成核率的实验和模拟之间的巨大差异的原因，注意到在以前的实验中的重力效应是不可忽略的。
2013-07-02 cond-mat.soft
The sediment of mixtures of charged colloids: segregation and inhomogeneous electric fields
我们从理论上研究了具有不同浮力质量和/或电荷的胶体颗粒的稀二元、三元和多分散混合物的沉降扩散平衡。我们专注于低盐制度，在那里的熵的筛选离子驱动自发电荷分离和形成一个不均匀的宏观电场。由此产生的电力解除胶体对重力，产生高度非气压，甚至非单调的胶体密度分布。最深刻的影响是分离成具有相等质量/电荷的胶体层的现象，包括重胶体物质漂浮在较轻物质上的可能性。
2005-04-18 cond-mat.soft
Sedimentation and polar order of active bottom-heavy particles
在外部引力场中的自推进粒子已被证明显示出增加的沉降长度和极性顺序，即使没有粒子相互作用。在这里，我们研究的是自推进的粒子，它们另外是底部重的，也就是说，它们感觉到一个扭矩，使它们与引力场对抗地游动。对于底部重的粒子，引力场具有两个相反的效果：i）沉降和ii）粒子的游动方向向上对齐。我们进行多极扩展的一个粒子分布相对于方向和推导出的沉降长度和平均粒子取向，我们检查对布朗动力学模拟的表达式。对于大强度的重力或小颗粒的速度和对齐扭矩，我们观察到沉降与增加的沉降长度相比，被动的胶体，但也没有底部沉重的活性胶体。例如，增加游动速度，沉降曲线被反转，并且颗粒朝向封闭箱的顶壁游动。我们发现最大的取向秩序在中间游泳速度的情况下，与底部沉重的颗粒和那些没有。对于底部重的粒子来说，有序性毫无意外地增加了，但是这种差异在更高的活性水平上消失了，并且对于非常高的活性，在两种情况下有序性都变为零。
2013-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Protein-Polymer Mixtures in the Colloid Limit: Aggregation, Sedimentation and Crystallization
虽然蛋白质被视为具有球对称相互作用的粒子，但实际情况要复杂得多。迈向更高复杂性的一个简单步骤是将蛋白质视为非球形颗粒，这就是我们在这里追求的方法。我们研究了增强型绿色荧光蛋白（eGFP）在加入非吸附性聚合物聚乙二醇（PEG）后的相行为。从小角度X射线散射，我们推断eGFP经历二聚化，并且我们将二聚体视为具有纵横比$L/D-1 = 1.05$的球形圆柱体。尽管复杂的性质的蛋白质，我们发现，相行为是类似的硬spherocylinders与理想的聚合物expletant，表现出聚集，并在一个小区域的相图，结晶。通过比较我们对聚集开始的测量与对硬胶体和理想聚合物的预测[S. V. Savenko和M. Dijkstra，J. Chem. Phys 124，234902（2006）和F. lo Verso等人，E73，061407（2006）]中，我们发现了良好的一致性，这表明eGFP蛋白与硬球柱和理想聚合物一致。
2021-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Realisation of the Brazil-nut effect in charged colloids without external driving
本文实验证明二元带电胶体可在无外部驱动下仅凭布朗运动和静电作用产生巴西果效应，并结合理论揭示质荷比、高密度亚稳态及电荷调节对沉降分层的影响。
2023-08-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
The glass transition of soft colloids
我们探讨了软胶体的玻璃化动力学微凝胶和带电粒子相互作用的空间和屏蔽库仑相互作用，分别。在过冷制度，结构弛豫时间$τ_α$的两个系统的急剧增长的体积分数，让人想起的胶体硬球的行为。计算机模拟证实了$τ_α$在接近玻璃化转变时的生长与颗粒的柔软度无关。相比之下，当系统失去平衡时，在非常大的填充分数下，柔软度变得相关。在这种非平衡状态下，$τ_α$对填充分数的依赖性非常弱，并且时间关联函数表现出与应力驱动松弛一致的压缩指数衰减。过渡到这种新的制度与发病的异常减少的局部秩序与密度增加的超软系统的典型。我们建议，这些奇特的动力学的结果从组合的非平衡老化动力学预期在玻璃态和胶体相互作用的趋势，通过软电位refred在高包装分数。
2017-12-07 cond-mat.soft
Exotic fluids and crystals of soft polymeric colloids
我们讨论了最近的发展，并提出了新的发现，在软聚合物大分子聚集体的胶体描述。对于各种大分子结构，例如线性链、星型聚合物、树枝状聚合物和聚电解质星型，适当选择的坐标之间的有效相互作用显示为超软，即，它们要么保持有限，要么在零分离处非常缓慢地发散。因此，流体相具有不寻常的特性，包括异常的对相关性和平均场的热力学行为。固相可以表现出奇异的、强各向异性的以及开放的晶体结构。例如，金刚石和A15相显示出在足够高的浓度下是稳定的。可重入熔化和聚集转变是由这样的系统显示的附加特征，导致具有非常丰富的拓扑结构的相图。我们强调，许多这些影响是从根本上不同于通常的原型硬球范例。相反，我们建议，这些流体属于类的平均场流体。
2002-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Star-like microgels vs star polymers: similarities and differences
Sapienza University of Rome（罗马大学）；CNR Institute of Complex Systems, Uos Sapienza（复杂系统国家研究中心，萨皮恩扎联合操作单元）
研究通过分子动力学模拟揭示星形微凝胶与星形聚合物在有效势能和体积相变中的相似性，证明其作为超软颗粒的特性。
2026-01-28 cond-mat.soft
Phase separation of a model binary polymer solution in an external field
本文用沉降平衡法研究了不相容线性聚合物的简单二元混合物在溶液中的相分离，该方法从引力场中不均匀混合物的密度分布中提取混合物的渗透压。在蒙特卡罗模拟中，可以调整场以引起显著的不均匀性，同时保持密度分布足够平滑，以使流体静力平衡的宏观条件保持适用。该方法在这里适用于一个简化的理想模型，但相互避免的聚合物，很容易在相对较低的密度相分离。的Monte-Carlo数据解释的帮助下，从一个简单的，二阶维里系数理论计算的近似体相图。通过推导聚合物质量中心之间的有效势，聚合物的二元混合物被粗粒化为"软胶体“图片，这让人想起不相容原子混合物的Widom-Rowlinson模型。这种方法显着加快了模拟，并准确地再现了完整的单体解析模型的行为。
2005-08-31 cond-mat.soft
