Critical behavior of charge-regulated macro-ions
基于集体描述的电荷调节的宏离子和简单的盐离子组成的电解质，我们分析了它们的平衡电荷状态在散装和它们的行为在附近的外部带电表面。移动宏离子在电解质浴溶液中的平均场制剂扩展到包括缔合/解离位点之间的相互作用。我们证明，以上的盐的临界浓度，并类似于临界胶束浓度，一个非平凡的电荷态分布集。这种电荷状态最终可导致基于电荷调节的液-液相分离。
2020-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Charged surface in salty water with multivalent ions: Giant inversion of charge
被认为是带相反电荷的胶体颗粒，胶束，或短的聚电解质的强电荷的大离子的筛选。由于强的横向排斥，这样的多价抗衡离子在大离子的表面形成强关联液体。该液体提供多价抗衡离子对大离子表面的相关诱导吸引。因此，即使溶液中中等浓度的多价抗衡离子也会使净大离子电荷的符号反转。我们发现，在高浓度的一价盐的反转电荷的绝对值可以大于裸的。这种巨大的电荷反转可以在电泳中观察到。
1999-12-27 cond-mat.soft
Enhanced scattering induced by electrostatic correlations in concentrated solutions of salt-free dipolar and ionic polymers
本文提出了一个研究偶极和离子型聚合物浓溶液和熔体中静态单体密度-密度关联函数（结构因子）的一般理论。该理论捕获的静电波动的结构因子的影响，并提供了深入了解的起源实验观察到的增强散射在超低波矢无盐离子聚合物。结果表明，增强的散射可以起源于电极化的强度波动和单体密度之间的耦合。分别考虑了有限尺寸的永久偶极子和离子对在偶极和电荷调节离子聚合物中的极化的局部和非局部效应。理论计算表明，类似于无盐离子聚合物，偶极聚合物的结构因子也可以表现出在有限波矢处的峰和在超低波矢处的增强散射。虽然偶极相互作用的考虑导致单体之间的吸引力的相互作用，在超低波矢的增强的散射仅预测的基础上的静电的弱不均匀的偶极和离子聚合物，而不考虑任何聚集体或相分离的影响。因此，我们的结论是，无论是聚集，也没有相分离是必要的观察在无盐偶极和离子聚合物在超低波矢的增强散射。对于电荷调节离子聚合物，它表明，带电单体之间的静电相互作用得到筛选与筛选长度，这不仅取决于自由抗衡离子和共离子的浓度，但也对吸附的离子的浓度上的聚合物链。定性比较离子和偶极聚合物熔体的实验散射曲线，提出使用在这项工作中开发的理论。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Titratable Macroions in Multivalent Electrolyte Solutions: Strong Coupling Dressed Ion Approach
我们提出了一个理论描述的多价离子之间的相互作用的可滴定的宏离子的效果。该模型系统由两个点状的宏观离子与解离网站，沉浸在一价和多价盐的不对称离子混合物。我们制定了一个{ \em缀饰离子强耦合理论}的基础上，分解的不对称离子混合物成一个弱静电耦合的单价盐，并成为多价离子，强静电耦合到可滴定的宏离子。大离子的电荷不被认为是固定的，而是允许通过简单的{ \em电荷调节}模型对局部浴液参数（静电势、溶液的$pH$、盐浓度）作出响应。提出的方法，产生一个有效的多价离子介导的相互作用之间的电荷调节的宏离子在各种溶液条件下，描述了强耦合等效的柯克伍德-舒梅克相互作用。
2016-04-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Overcharging of a macroion by an oppositely charged polyelectrolyte
本文研究了无盐溶液和盐溶液中，一个带相反电荷的球形大离子与一个带相反电荷的球形大离子的络合作用。当一个螺旋体缠绕在大离子上时，它的匝数互相排斥，形成一个几乎等距的线圈。结果表明，这种排斥性的匝数相关导致电荷反转：在大离子周围有比中和它所需的更多的反相风，电荷反转随着盐浓度的增加而变得更强，并且可以超过100%。本文证实了关联是电荷反转的普遍机制。
2000-11-09 cond-mat.soft
Poisson-Boltzmann Theory of Charged Colloids: Limits of the Cell Model for Salty Suspensions
电荷稳定的胶体悬浮液的热力学性质通常通过在细胞模型内实施平均场泊松-玻尔兹曼（PB）理论来建模。这种方法模拟了一个单一的大离子，连同抗衡离子和盐离子，限制在一个对称形状，电中性细胞的散装系统。虽然缓解非线性PB方程的解决方案，细胞模型忽略了微离子引起的大离子之间的相关性，排除建模的大离子有序现象。另一种方法，避免人为的细胞几何形状的限制，映射到一个单组分模型的伪大离子有效的相互作用的宏离子-微离子的混合物。在实践中，有效相互作用模型通常基于线性屏蔽近似，它可以准确地描述非线性屏蔽只有通过纳入一个有效的（重整化）大离子电荷。结合电荷重整化和线性PB理论，在细胞模型和有效相互作用（无细胞）模型，我们计算高电荷胶体和单价微离子的渗透压在一定范围内的浓度。通过比较原始模型模拟数据的无盐悬浮液的预测，并与非线性PB理论的预测含盐悬浮液，我们图表的细胞模型和线性筛选近似建模散装热力学性质的限制。中等强度的静电耦合，细胞模型证明准确预测去离子悬浮液的渗透压。然而，随着盐浓度的增加，大离子相互作用的相对贡献增长，导致细胞和有效相互作用模型的预测偏离。没有证据表明一价微离子驱动的液-汽相不稳定性。这些结果对PB理论在软材料中的应用具有指导意义。
2010-04-24 cond-mat.soft
Screening of a charged particle by multivalent counterions in salty water: Giant charge inversion
被认为是一个大离子，如带电的固体颗粒，带电的膜，双螺旋DNA或肌动蛋白的多价抗衡离子的筛选。小的胶体颗粒、带电胶束、短或长的聚电解质都可以起到多价抗衡离子的作用。由于在大离子表面的强横向排斥，这样的多价抗衡离子形成强关联液体，具有类似于Wigner晶体的短程有序。这些相关性产生了多价抗衡离子与大离子表面的额外结合，结合能大于$k_BT$。因此，即使对于溶液中中等浓度的多价抗衡离子，它们在大离子表面的总电荷在绝对值上也超过裸大离子电荷。因此，大离子的净电荷反转其符号。在高浓度的一价盐存在下，反转电荷的绝对值可以大于裸电荷。这种巨大的电荷反转可以通过电泳或直接计数多价反离子来观察。
2000-05-15 cond-mat.soft
Electric double layers with surface charge modulations: Novel exact Poisson-Boltzmann solutions
泊松-玻尔兹曼理论是软物质静电学的基石。我们提供了新的精确的解析解，这种非线性平均场的方法，在一个平面或圆柱形宏离子附近的离子扩散层。虽然以前已知的解决方案是均匀带电的对象，制定的情况下表现出调制的表面电荷-或等效的表面电位-在macroion（壁）表面。除了渐近功能在大的距离从墙上，注意的是支付的命运的接触定理，有关的接触密度的离子的局部壁电荷密度。对于无盐系统（抗衡离子），我们利用有关的二维刘维尔方程的结果，辅以逆方法。当盐存在时，我们调用精确的双孤子解的2D sinh-Gordon方程。这导致不均匀的电荷模式，在空间中是局部的或周期性的。在没有盐的情况下，对于平面宏离子，宏离子上的电荷图案的静电特征随距离呈指数衰减，而对于圆柱形宏离子，其衰减为逆幂律。对于盐，我们的研究仅限于平面几何形状，并揭示了图案筛选是指数的。
2019-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrophoresis of a charge inverted macroion complex: Molecular dynamics study
我们用分子动力学模拟研究了外加电场对多价Z：1盐溶液中大离子的影响。为了获得合理的流体力学的介质，我们明确地使许多中性粒子与离子的模拟。在弱电场中，大离子与强吸附的多价反离子一起沿着电场在证明电荷符号反转的方向上漂移。大离子的反向迁移率对外场不敏感，随盐离子强度的增加而增加。反向迁移率在中间反价时达到最大值。大离子络合物的运动不会引起中性溶剂远离大离子的任何流动，这揭示了电解质溶液中短距离处的流体动力学相互作用的筛选。一个非常大的电场，相当于大离子未屏蔽场，通过剥离大离子上吸附的抗衡离子来破坏电荷反转。
2002-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Poisson -- Boltzmann Brownian Dynamics of Charged Colloids in Suspension
我们描述了一种方法来模拟带电胶体粒子悬浮在含有解离离子和盐离子的液体中的动力学。目前主要关注的是那些大体积分数的胶体，高电荷粒子和低盐浓度的制度。一个描述，这是听话的在这些条件下，通过处理小的解离和盐离子作为连续的字段，同时保持胶体macroions作为离散的颗粒。对于每一种空间构型的大离子，由系统中的所有电荷产生的静电势是通过求解非线性Poisson-Boltzmann方程来确定的。从静电势，计算作用在大离子上的力，并用于布朗动力学模拟，以获得后者的运动。该方法通过与已知的结果进行比较，在一个参数制度，其中大离子之间的有效相互作用是成对汤川形式进行验证。
2008-01-25 cond-mat.soft
Complex Fluids with Mobile Charge-Regulated Macro-Ions
我们推广了离子溶液电荷调节的概念，并将其应用于具有内部非静电自由度的移动大离子的复杂流体。所提出的框架提供了一种方便的工具，用于研究移动大离子可以自我调节其电荷的系统（例如，蛋白质）。我们表明，即使在一个简化的电荷调节模型，电荷解离平衡的结果在不同的和显着的属性。电荷调节的后果包括宏观离子的有效电荷的位置依赖性、有效德拜屏蔽长度对单价盐的浓度的非单调依赖性、双电层结构的修改以及背景电解质的宏观离子的缓冲。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding the Salt Effects on the Liquid-Liquid Phase Separation of Proteins
针对蛋白质液-液相分离的盐效应难题，研究提出统一分子理论，结合自洽场与溶液热力学，揭示非单调盐浓度依赖与特定离子效应机制，并给出盐溶盐析解析判据，理论预测与实验定量一致。
2023-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Size Effect of Monovalent Ions on Polyelectrolyte Brushes
South China Advanced Institute for Soft Matter Science and Technology, School of Emergent Soft Matter, South China University of Technology（华南软物质科学与技术高等研究院， emergent soft matter 学院，华南理工大学）
用粗粒化分子动力学模拟，研究反离子和共离子尺寸对聚电解质刷结构演变及标度行为的影响，揭示离子尺寸与盐浓度共同作用下聚电解质刷结构响应及非经典标度行为产生机制。
2026-07-07 cond-mat.soft
Coupled water, charge and salt transport in heterogeneous nano-fluidic systems
我们从理论上研究了纳米流体器件在压力、电压或盐度梯度影响下的动电输运性质。在微观层面上，该设备的行为是量化的Onsager矩阵${\bf L}$，一个广义的电导率矩阵相关的本地驱动力和诱导的体积，电荷和盐通量。扩展${\bf L}$从局部到全局的线性响应关系是平凡的均匀电动系统，但在这篇手稿中，我们从${\bf L}$，也适用于异质电动系统的广义电导率矩阵${\bf G}$。这种延伸在施加盐度梯度的情况下尤其重要，这必然会产生异质装置。在这种形式主义，我们也可以将一个异质表面电荷，由于，例如，电荷调节边界条件，我们所得到的通量有显着的影响。Poisson-Nernst-Planck-Stokes理论的预测与在各种参数下使用有限元法确定的控制方程的精确解显示出良好的一致性。建立了理论的有效性，它提供了一个访问的方法来分析电动系统一般不需要广泛的数值方法。作为一个例子，我们分析了一个反向电渗析“蓝色能源”系统，并分析了许多参数，使这样一个系统的影响所产生的电力和效率。
2019-11-29 cond-mat.soft
Structure and stability of self-assembled actin-lysozyme complexes in salty water
利用同步辐射小角X射线散射和分子动力学模拟研究了肌动蛋白和溶菌酶之间的相互作用。溶菌酶最初桥对肌动蛋白丝，放松成六边形协调的柱状复合物由肌动蛋白举行在一起的不相称的一维紧密堆积的阵列的溶菌酶大离子。这些复合物被发现是稳定的，即使在显着浓度的单价盐的存在下，这是定量解释从冷凝和水相之间的盐的重新分配。
2005-07-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase Separation in Charge-Stabilized Colloidal Suspensions: Influence of Nonlinear Screening
电荷稳定的胶体悬浮液的相行为是由静电粒子间相互作用的响应理论和自由能的变分理论相结合。整合出自由度的微离子（抗衡离子，盐离子），宏离子-微离子混合物被映射到一个单组分系统有效的宏离子相互作用。微离子对大离子静电势的线性响应导致屏蔽库仑（Yukawa）有效对势和单体体积能量，而非线性响应修改有效相互作用[A. R. Denton，\PR E { \bf 70}，031404（2004）]。基于热力学微扰理论，将体积能和有效对势作为变分自由能的输入。对于线性和一阶非线性有效相互作用，应用于高电荷大离子和单价微离子的水悬浮液的共存分析在临界盐浓度以下产生大离子富集相和大离子贫乏相的本体分离，与相关线性化理论的预测定性一致[R. van Roij，M. Dijkstra和J. - P. Hansen，\PR E { \bf 59}，2010（1999）; P. B. Warren，\JCP { \bf 112}，4683（2000）].它的结论是，非线性屏蔽可以修改相行为，但不一定抑制去离子悬浮体的体相分离。
2006-05-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modified Poisson-Boltzmann theory for polyelectrolytes in monovalent salt solutions with finite-size ions
我们提出了一个软势增强的泊松-玻尔兹曼（SPB）理论，以有效地捕捉离子分布和静电势周围的棒状带电大分子。SPB模型校准与粗粒度的基于粒子的模型聚电解质（PE）在一价盐溶液中，以及相比，一个完整的原子分子动力学模拟与明确的溶剂。我们表明，我们的修改使SPB理论能够准确地预测周围的棒状PE在广泛的离子和电荷分布条件下的弱耦合制度的单价离子分布。这些包括高达1 M的过量盐浓度，以及从小离子（如Na或Cl）到与PE直径相当的较软和较大离子的离子尺寸。这项工作提供了一个简单的方法来实现一个增强，有效地捕捉到PB理论的背景下，在盐水溶液中的PE的离子大小和物种的影响。
2022-06-06 cond-mat.soft
Nonlinear Screening and Effective Interactions in Charged Colloids
用响应理论描述了非线性屏蔽对带电胶体中球形大离子有效相互作用的影响。非线性筛选，除了产生有效的多体相互作用，是必要的修正对潜在的和单体体积能量。数值结果表明，非线性效应可以大大修改有效的相互作用和热力学的水，低盐悬浮液的高电荷大离子。
2001-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Macroion correlation effects in electrostatic screening and thermodynamics of highly charged colloids
本文用平均场论和原始模型计算机模拟研究了大离子关联对高电荷胶体悬浮体系热力学的影响。我们提出了一种简单的方法，将宏离子关联纳入平均场论，作为Trizac和Levin [Phys. Rev. E { \bf 69}，031403（2004）]的重整化Jeldom模型的扩展。从我们的平均场方法中提取的有效屏蔽参数，然后使用在一个单组分模型与宏离子通过Yukawa势相互作用来预测宏离子分布。我们发现，包括大离子相关性导致较弱的筛选，因此较小的有效大离子电荷和较低的渗透压的胶体分散体相比，其他平均场模型。这一结果是支持的原始模型模拟和实验的低盐制度，其中的大离子的相关性预计是显着的带电大离子的比较。
2006-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonlinear Screening and Effective Electrostatic Interactions in Charge-Stabilized Colloidal Suspensions
提出了一种非线性响应理论，并应用于电荷稳定的胶体悬浮液中球形大离子之间的静电相互作用。该理论描述了微离子（抗衡离子，盐离子）的大离子的静电势的领先阶非线性响应，并预测微离子诱导的大离子之间的有效多体相互作用。线性响应近似[Phys.Rev.E62，3855（2000）]产生屏蔽库仑（Yukawa）形式的有效对势以及贡献于自由能的单体体积能。非线性响应产生了有效的多体相互作用和对有效对势和体积能量的必要修正。通过采用随机相位近似（RPA）的响应函数，从而忽略微离子的相关性，实用的表达式推导出的有效对和三重态电位和体积能量。非线性屏蔽被发现削弱排斥对相互作用，诱导吸引三重态相互作用，并修改体积能量。一价微离子的数值计算结果与现有的从头计算模拟数据吻合良好，并表明非线性效应随着宏观离子电荷和浓度的增加以及盐浓度的降低而增长。在宏观离子浓度为零的稀释极限下，首阶非线性修正消失。最后，它表明，非线性响应理论，当与RPA相结合，是正式等价的平均场泊松-玻尔兹曼理论和线性响应近似对应，在积分方程理论，线性化超网链封闭。
2004-05-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular-Scale Hydrophilicity Induced by Solute: Molecular-thick Charged Pancakes of Aqueous Salt Solution on Hydrophobic Carbon-based Surfaces
我们直接观察到分子厚的盐水溶液煎饼在疏水石墨表面的环境条件下，采用原子力显微镜。该观察结果表明盐溶液在石墨表面上具有意想不到的分子级亲水性，这不同于液滴在石墨表面上的宏观润湿性质。有趣的是，煎饼自发地表现出强烈的正电荷行为。理论研究表明，这种带正电荷的煎饼的形成归因于水溶液中的Na+离子与石墨表面上的芳环之间的阳离子-π相互作用，促进了水分子与阳离子一起吸附到石墨表面上;即，Na+离子作为介质，在一侧通过阳离子-π相互作用吸附到石墨表面，同时在另一侧通过水合相互作用在分子尺度上与水分子键合。这些发现表明，关于碳基石墨表面的实际相互作用，包括石墨烯、碳纳米管和生物炭的相互作用，可能与现有理论有显著不同，它们为控制表面润湿性、相互作用和相关的物理、化学和生物过程提供了新的见解。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Effective Interactions and Volume Energies in Charged Colloids: Linear Response Theory
在电荷稳定的胶体悬浮液中，任意的盐浓度，粒子间的相互作用，描述在一个等效的单组分系统中的有效相互作用的水平。从所有微离子的自由度的配分函数积分，并假设线性响应的宏观离子电荷，一般表达式得到一个有效的静电对相互作用和相关的微离子体积能量。对于具有硬球核的大离子，有效相互作用是DLVO屏蔽库仑形式，但具有修改的屏蔽常数，包括排除体积效应。体积能--一种单组分还原的自然结果--对总自由能有贡献，并且在低盐浓度的极限下可以显著影响热力学性质。作为例证，渗透压和体积模量的计算和比较最近的实验测量去离子悬浮液。对于足够的电荷和浓度的大离子，它示出的抗衡离子可以起到软化或不稳定的胶体晶体。
2000-06-21 cond-mat.soft
Charge regulation in ionic solutions: thermal fluctuations and Kirkwood-Schumaker interaction
我们研究了两个大离子的行为与可解离的电荷基团，调节当地的变量，如pH值和静电势，沉浸在一价盐溶液中，考虑的情况下，净电荷可以改变符号或保持相同的符号取决于这些局部参数。在这两种情况下，电荷调节，描述与适当的自由能函数为每个大离子，而电荷之间的耦合进行评估的近似德拜-休克尔水平。电荷关联函数和随之而来的电荷波动力的解析和数值计算。在接近零电荷点处发现了带相同电荷的大离子之间的强吸引力，特别是由于大离子电荷的不对称的、与电荷相关的电荷波动。一般的理论，然后实施两个蛋白质类大离子的系统，概括的形式和大小的柯克伍德-舒梅克相互作用。
2014-12-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Charge regulation and local dielectric function in planar polyelectrolyte brushes
理解不均匀性对电荷调节和介电性质的影响，以及它如何依赖于大分子的构象特征是一个长期存在的问题。为了解决这个问题，我们已经开发了一个领域的理论来研究电荷调节和局部介电函数的平面刷。该理论被用来研究一个多酸刷，这是由链端接枝在固-液界面，在平衡与含有一价盐离子，溶剂分子和pH控制酸的本体溶液。特别是，我们专注于在确定的局部电荷和介电函数的影响，添加的盐和pH值的散装的浓度。我们的理论研究表明，离子对的偶极矩作为一个结果形成的抗衡吸附在链主链上发挥了关键作用，在影响局部介电函数。对于由具有低于溶剂分子的偶极矩的单体制成的聚电解质，预测刷区域内的介电衰减。然而，形成的离子对（由于吸附的抗衡离子来自所添加的盐的解离）极性比溶剂分子显示相对于其体积值增加的介电函数的大小。此外，在本体盐浓度的增加被示出，以增加刷区域内的局部电荷。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cooperation and competition of basepairing and electrostatic interactions in mixtures of DNA nanostars and polylysine
University of Southern California（南加州大学）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；New York University（纽约大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过实验与理论结合，探讨了DNA纳米星与聚赖氨酸在不同温度、盐浓度和组成下的相行为，发现静电和碱基配对相互作用在高盐浓度和温度下协同稳定共凝聚，形成多相共存。
2026-05-12 cond-mat.soft q-bio.BM
Electrostatic interactions between charge regulated spherical macroions
本文基于 Frumkin-Fowler-Guggenheim 等温线与带电荷调节边界条件的 Poisson-Boltzmann 理论，揭示球形大离子可发生对称性破缺并形成退火电荷斑块，从而在一价电解质中产生同号电荷吸引。
2023-12-08 cond-mat.soft
Nonlinear effects in charge stabilized colloidal suspensions
利用分子动力学模拟研究了荷电稳定胶体悬浮液中的有效相互作用。对于不太高的宏观离子电荷和足够大的屏蔽，平均力势的概念是已知的工作良好。在目前的工作中，我们专注于高电荷的大离子在低盐浓度的限制。在此范围内，对著名的DLVO理论[B. Derjaguin和L. Landau，Acta Physicochem. USSR { \bf 14}，633（1941）; E.J.W. Verwey和J.T.G. Overbeck，{ \em Theory of the Stability of Lyotropic Colloids}（Elsevier，Amsterdam，1948）]。对于非-bulklike系统，如孤立的大离子对或三重离子，我们表明，非线性效应可以成为相关的，这不能用电荷重整化概念来描述[S。亚历山大等人，J. Chem. Phys. { \bf 80}，5776（1984）]。对于一个孤立的对宏离子，我们发现我们的模拟数据和原始模型之间几乎完美的定性协议。然而，无论是德拜-休克尔理论还是电荷重整化概念，在定量层面上都无法得到详细的证实。这似乎主要是有关的事实，即小离子浓度，微离子层可以强烈重叠，而同时，排除体积效应不太重要。在孤立的三元组的情况下，我们比较同轴和三角形的几何形状，我们发现有吸引力的修正成对加和性的限制小宏离子分离和盐浓度。如果大离子周围的所有三个微离子层都表现出…
2006-02-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Spontaneous chirality via long-range electrostatic forces
我们考虑一个模型的周期图案的电荷约束在一个圆柱形表面。特别是，我们专注于模式的手性螺旋，非手性环或垂直lamellae，与全球电中性的约束。我们研究了图案的大小和螺距角对圆柱半径和盐浓度的依赖性。我们得到了一个相图，通过使用数值和分析技术。对于纯库仑相互作用，我们发现一个小半径的环形相位和大半径的手征螺旋相位。在临界盐浓度下，特征畴尺寸发散，导致组分的宏观相分离并恢复手征对称性。我们讨论我们的模型可能的后果和概括。
2007-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The reentrant condensation of polyelectrolytes induced by diluted multivalent salts: A mean-field level revisiting
本文构建平均场模型解释多价盐稀溶液中聚电解质的重入凝聚，指出离子吸附、共享盐离子的耦合能极小值及疏水不相容性是相变关键。
2024-05-10 cond-mat.soft
Theoretical and Experimental Adsorption Studies of Polyelectrolytes on an Oppositely Charged Surface
利用自组装技术，X射线反射率测量，和计算机模拟，我们研究了带电聚合物棒和表面之间的有效相互作用。长时间的布朗动力学模拟被用来测量有效的粘附力作用在杆上的模型组成的平面阵列的均匀带正电的，刚性杆和带负电的平面基板中的存在下，明确的一价抗衡离子和添加的一价盐离子在一个连续的，各向同性的电介质。该静电模型预测了一个有吸引力的聚合物表面粘附力，这是弱依赖于散装盐浓度，并显示公平的协议与德拜-休克尔近似的大离子相互作用在盐浓度接近0.1 M。互补的X-射线反射率实验聚（二烯丙基二甲基铵）氯化物（PDDA）单层膜上的原生氧化硅显示，单层结构，电子密度和表面粗糙度同样是独立的溶液的体离子强度。
1999-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrostatic effects in nano-reactor-confined charge regulated macroions
Ramkhamhaeng University（兰甘亨大学）；Wenzhou Institute of the University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究院）
提出纳米反应器内含电荷调节大分子的热力学模型，结合Poisson-Boltzmann静电学和电荷调节形式，分析电解质分布与大分子电荷特征，发现表面电荷不对称性影响静电势分布，有效屏蔽长度非单调变化，总压力随反应器半径和盐浓度增加而单调减小。
2026-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin of translocation barriers for polyelectrolyte chains
对于带电大分子通过窄孔的单行移位，末端到达孔的关键步骤受到自由能势垒的影响，自由能势垒由链内静电相互作用、离子云和溶剂分子的分布以及链的构象熵的变化引起。所有的影响因素的障碍在易位的初始阶段进行评估，通过使用自洽的场论的离子和耦合的泊松-玻尔兹曼描述，没有径向对称性。屏障被认为是基本上熵，由于构象变化。对于中等和高浓度的盐，障碍的链是定量相当于不带电的自我避免行走。静电效应被证明是增加的自由能垒，但只有轻微的。电离度、静电相互作用强度、盐浓度的降低和溶剂质量都会导致屏障的增加。
2009-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Salt Contribution to the Flexibility of Single-stranded Nucleic Acid of Finite Length
核酸是带负电荷的大分子，其结构性质与溶液中的金属离子强烈耦合。本文采用粗粒度蒙特卡罗模拟方法系统地研究了盐离子对12 ~ 120个核苷酸的单链核酸链柔性的影响。计算结果表明，离子浓度的增加会引起ss链的结构坍塌，多价离子更容易引起这种坍塌，三价和二价离子都能诱导出比随机弛豫态更紧密的状态。我们发现，一价、二价和三价离子都能使ss链过充电，并且这种过充电的主要来源从离子排斥体积效应转变为离子库仑相关。此外，预测的ss核酸的Na、Mg依赖性持久长度lp与已有的实验数据一致，并通过系统的计算，得到了lp随Na、Mg和链长变化的经验公式。
2012-11-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Effective charge saturation in colloidal suspensions
由于微离子在电解质溶液中聚集在高度带电的胶体颗粒周围，因此计算它们相互作用的相关参数不是裸电荷，而是有效（或重整化）量，其值对胶体的几何形状，温度或添加盐的存在敏感。这种非线性屏蔽效应是胶体悬浮液或胶体溶液领域的核心特征。我们提出了一个简单的方法来预测高电荷的宏离子的有效电荷，这是可靠的一价电解质（和抗衡离子）在胶体极限（大尺寸相比，屏蔽长度和Bjerrum长度）。参考非线性Poisson-Boltzmann理论，成功地测试了该方法对宏观离子的几何形状，可能的限制在Wigner-Seitz细胞，和添加盐的存在下。此外，我们的结果证实了文献中报道的各种实验措施。这种方法提供了一个有用的路线，将电荷重整化的非线性效应的线性理论中的静电相互作用发挥了重要作用的系统。
2002-10-09 cond-mat.soft
Effective Interactions Between Rigid Polyelectrolytes and Like-charged Planar Surfaces
我们研究了在连续的各向同性电介质中，在没有盐的情况下，平行于带负电荷的平面衬底的均匀带负电荷的刚性棒的平面阵列之间的有效相互作用。使用布朗动力学模拟，我们研究了反价，棒间距，宏离子电荷密度，和棒的大小上的吸引棒表面相互作用力的一般影响。在室温下，二价以及单价抗衡离子介导的相互作用，可以是排斥或吸引后，调整无论是大离子电荷密度或棒半径。最后，我们研究的影响离散的表面电荷作为横向移动的单价阴离子和静电图像在基板上。
1999-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Competitive sorption of mono- versus di-valent ions by highly charged globular macromolecules
当一个高度带电的球状大分子，如树枝状的纳米凝胶或带电的纳米凝胶，被浸入生理电解质溶液中时，溶液中的一价和二价反离子以一定的比例与大分子结合，从而几乎完全电中和它。对于生物介质中的带电大分子，结合的一价和二价离子的数量比对所需的功能是决定性的。这样的吸附比的理论预测是具有挑战性的，因为竞争的静电（价），离子特异性，结合饱和效应。在这里，我们设计和讨论了几个近似模型来预测这样的平衡吸附比，通过扩展和结合建立静电结合理论，如唐南，朗缪尔，曼宁以及泊松-玻尔兹曼方法，系统地研究竞争性吸收的一价和二价抗衡离子的大分子。我们比较和适合我们的模型粗粒度（隐式溶剂）的球状树枝状聚甘油硫酸酯（dPGS）在盐溶液中的混合价的计算机模拟数据。dPGS在生物系统中的大分子载体应用中具有很高的潜力，同时构成了高电荷大分子的良好模型系统。最后，我们使用模拟知情的模型来外推和预测静电功能，如有效电荷作为二价离子浓度的函数，用于广泛的dPGS代（大小）。
2020-07-10 cond-mat.soft
Effective Electrostatic Interactions in Suspensions of Polyelectrolyte Brush-Coated Colloids
通过线性响应理论描述了涂有电刷的悬浮在电解质溶剂中的胶体颗粒之间的有效静电相互作用。宏离子的内核被建模为硬球，外刷作为球壳的连续分布的电荷，微离子（抗衡离子和盐离子）作为点电荷，和溶剂作为介电连续体。通过从微离子自由度的配分函数中积分出，将大离子和微离子的多组分混合物正式映射到等效的单组分悬浮液上。应用二阶微扰理论和随机相位近似，解析表达式推导出的有效对相互作用和单体体积能量，这是一个自然的副产品的一个组件减少。分别对微离子不可穿透和可穿透的内芯和外壳的组合允许通过改变芯直径和刷厚度来调谐大离子之间的相互作用。在消失的核心直径和消失的壳厚度的限制情况下，相互作用减少到那些来自以前的明星聚电解质和带电胶体，分别。
2004-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theoretical and computational analysis of the electrophoretic polymer mobility inversion induced by charge correlations
电泳（EP）迁移率反转是多价盐溶液中强电荷大分子的常见现象。这种奇怪的效果发生，例如，当带电荷的聚合物如DNA吸附过量的抗衡离子时，抗衡离子修饰的表面电荷反转其符号，导致由外部电场驱动的聚合物漂移反转。为了表征这种看似违反直觉的现象，不能被捕获的静电平均场论，我们在这里适应一个以前开发的强耦合穿着泊松-玻尔兹曼方法的圆柱形几何形状的聚电解质-盐系统。在此框架内的形式主义，我们推导出一个分析的聚合物迁移率公式打扮的电荷相关性。在定性协议与聚合物的传输实验，这个流动性公式预测，一价盐的增量，多价的counterboundarency的减少，和背景溶剂的介电常数的增加，抑制电荷相关性，并增加EP迁移率反转所需的多价体counterboundarency浓度。粗粒度的分子动力学模拟证实了这些结果，显示了多价反离子如何在稀浓度下诱导迁移率反转，并在大浓度下抑制反转效应。这种重入的行为，以前观察到的聚合物溶液中带相同电荷的聚合物的聚集，要求验证聚合物传输实验。
2022-12-05 cond-mat.soft
Osmotic Swelling Behavior of Surface-Charged Ionic Microgels
本研究结合非线性泊松-玻尔兹曼理论与分子动力学模拟，研究表面带电离子型微凝胶的溶胀行为，发现其去溶胀速度快于体积带电微凝胶，且溶胀行为受电荷分布及微凝胶、盐的本体浓度影响。
2023-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Charge Renormalization, Thermodynamics, and Structure of Deionized Colloidal Suspensions
在电荷稳定的胶体悬浮液中，高度带电的大离子，由强相关的抗衡离子修饰，携带有效电荷，可以从裸电荷大幅减少（重整化）。修饰大离子之间的相互作用被弱相关的抗衡离子和盐离子屏蔽。胶体悬浮液的热力学和结构性质敏感地依赖于有效电荷和有效屏蔽常数的大小。将有效静电相互作用的电荷重整化理论与单组分模型的蒙特卡罗模拟相结合，计算了去离子胶体悬浮液的渗透压和对分布函数。这种计算实用的方法产生密切的协议与相应的结果从大规模模拟的原始模型到适度的静电耦合强度。
2008-12-10 cond-mat.soft
Polyelectrolyte and polyampholyte effects in synthetic and biological macromolecules
涉及聚阴离子的静电相互作用的性质调节合成和生物大分子的性质。虽然几十年来一直在深入研究，但许多长度尺度的相互作用阻碍了一些基本问题的完全解决，例如静电持久长度（$l_e$）如何随离子强度（$I$）而变化。在这篇综述中，我们描述了聚电解质（PAs）和聚两性电解质（PAs），这是聚合物的单体具有随机分布的相反电荷的某些特性。在回顾了当前对$l_e$对$I$的依赖性的理论认识之后，我们提出了符合两种不同行为的实验数据。对于RNA和DNA，发现$l_e \sim I^{-1}$，而对于某些蛋白质和其他聚电解质$l_e \sim i^{-1/2}$。一个标度型理论，它描绘了电荷相关性和纯的PAs的形状，是有效的盐浓度在很宽的范围内的影响。我们还使用理论和模拟来论证PA（具有足够小以诱导小球形成的净电荷）和PE（与RNA折叠相关）的崩溃动力学的不同阶段是相似的。在这两种情况下，主要的初始构象变化涉及亚稳态珍珠项链结构的形成。在粗化过程中，大的团簇（珍珠）通过一个让人想起Lifshitz-Slyozov机制的过程以较小的团簇为代价生长。最后，最近关于单链DNA和PE拉伸的理论和单分子实验进一步揭示了带电大分子的复杂行为。该调查仅限于极少数主题，显示了在广泛的学科中的反作用的重要性。
2011-03-09 cond-mat.soft
Impact of the inner solute structure on the electrostatic mean-field and strong-coupling regimes of macromolecular interactions
本研究通过接触值恒等式揭示溶质内部结构在静电平均场和强耦合机制中增强或削弱膜间排斥力，极化力放大溶质特异性，影响胶体热力学稳定性。
2023-04-21 cond-mat.soft
Mixtures of Charged Colloid and Neutral Polymer: Influence of Electrostatic Interactions on Demixing and Interfacial Tension
用自由体积理论研究了带电胶体和中性非吸附性聚合物二元混合物的平衡相行为。首先将带电硬球大离子和理想粗粒有效球聚合物的模型混合物映射到具有非加性直径的二元硬球混合物上，然后映射到有效Asakura-Oosawa模型上[S. Asakura和F. Oosawa，J.Chem.Phys.22，1255（1954）]。有效模型是由一个单一的无量纲参数定义的-聚合物直径的有效胶体直径的比率。对于高盐浓度比，自由能的自由体积近似用于计算流体相图，其描述分层成富胶体（液体）和贫胶体（蒸气）相。增加静电相互作用的范围使分层双结点向更高的聚合物浓度移动，从而稳定混合物。增强的稳定性是由于聚合物耗尽引起的静电排斥大离子之间的吸引力减弱。与密度泛函理论预测的比较表明，在液-气界面张力的相应增加。预测的相稳定性趋势与观察到的食品胶体中蛋白质-多糖混合物的行为一致。
2005-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effective interactions, structure, and pressure in charge-stabilized colloidal suspensions: Critical assessment of charge renormalization methods
针对高电荷胶体的有效相互作用计算问题，比较并拓展了多种电荷重正化平均场方法，通过与模拟结果及唐南平衡渗透压方案对比评估各方法优劣，为准确实现提供指导。
2023-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Surface properties of fluids of charged platelike colloids
用密度泛函理论研究了带电平板状胶体和盐的混合物与带电平板接触时的表面性质。粒子由硬长方体建模，其边缘被约束为平行于对应于Zwanzig模型的笛卡尔轴，并且粒子的电荷集中在它们的中心。应用的密度泛函是最近推出的带电板状胶体的功能的扩展。分析和数值计算的体积和表面相图表现出一阶润湿足够小的宏离子电荷和各向同性的散装订单，以及一阶干燥足够大的宏离子电荷和cubic散装订单。的渐近润湿和干燥行为的影响，通过有效的界面电位，原来是渐近相同的一个合适的中性系统由各向同性的非延迟色散力。用数值方法确定了湿点、干点、预干燥线和相应的临界点。已经观察到从单调到非单调的静电势剖面的交叉，在改变表面电荷密度。由于库仑相互作用和硬核排斥的存在，表面电势和表面电荷不会同时消失，即，零电荷点和表面的等电点不重合。
2006-07-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Competing interactions in two dimensional Coulomb systems: Surface charge heterogeneities in co-assembled cationic-anionic incompatible mixtures
限制在平面上的带相反电荷的组分的二元混合物，例如阳离子和阴离子脂质双层，可能表现出局部分离。有利于宏观偏析的净短程相互作用和有利于混合的长程静电相互作用的相对强度决定了有限尺寸或微相偏析的长度尺度。系统的自由能可以在两个不同的区域中进行分析，当考虑高温下的小密度波动时，以及当考虑低温下系统的周期性有序时（F。J. Solis和M. Olvera de la Cruz，J.Chem.Phys.122，054905（2000））。用简单的分子动力学模拟研究了在不同的短程和长程相互作用强度下，带相反电荷的单体与短程Lennard-Jones势相互作用并被限制在二维平面内的情况.该系统具有良好的定义域，其特征在于它们的周期性的长度尺度以及它们的界面的取向排序。通过添加盐，有序的域消失，宏观上的混合物相分离与分析预测一致。
2006-02-14 cond-mat.soft
Strong electrostatic interactions in spherical colloidal systems
我们研究了无盐环境中球形大离子在原始模型中的强库仑耦合机制。我们首先表明，一个孤立的胶体的基态是自然过充电的简单的静电参数所示的吉莱斯皮规则。我们进一步证明，在强库仑耦合，这种机制导致电离状态，从而长距离吸引力之间的带电球体。我们使用分子动力学模拟详细研究了一个和两个高电荷胶体的基态以及有限温度下的电荷分布。我们比较我们的结果在一个简单的版本的维格纳晶体理论，并找到很好的定性和定量的协议。
2001-04-26 cond-mat.soft cond-mat.str-el
Studies on electrostatic interactions of colloidal particles under two-dimensional confinement
本文研究了二维体系中不含盐离子的一对带电胶体粒子之间的有效静电相互作用。特别是，我们使用简化模型来阐明反离子分布中旋转涨落的影响。结果显示，在适当的条件下，有效的胶体吸引力。与此同时，在我们研究的大多数病例中，长距离排斥仍然存在。排斥力的产生是因为在二维空间中，带电胶体不能被反离子完全屏蔽，因为剩余的四极矩有助于更长距离的排斥。通过多重展开，我们发现在短距离观测到的吸引力主要来自高阶电矩之间的静电相互作用。我们认为，在这项工作中讨论的有吸引力的相互作用的情况是适用于带电的纳米粒子或胶体溶液与大离子的系统。
2010-06-22 cond-mat.soft
Effect of many-body interactions on the solid-liquid phase-behavior of charge-stabilized colloidal suspensions
电荷稳定的胶体悬浮液的固液相图计算使用的技术，结合连续的泊松-玻尔兹曼描述微观电解质离子与分子动力学模拟的macroionic胶体球。虽然在这种方法中忽略了微离子之间的相关性，但胶体之间的多体相互作用完全包括在内。在高胶体体积分数下确定固-液转变，其中多体相互作用预计是强的。鉴于Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek理论预测胶体通过Yukawa对势相互作用，我们将我们的结果与简单Yukawa液体的相图进行了比较。在高盐条件下发现良好的协议，而在低离子强度相当大的偏差观察。通过计算有效的胶体-胶体对相互作用，证明了这些差异是由于多体相互作用。我们提出了一个密度依赖的对势的形式截断汤川势，并表明，它提供了一个相当大的改进描述的固-液相的行为浓缩胶体悬浮液。
2002-09-06 cond-mat.soft
