Sedimentation of a suspension of rods: Monte Carlo simulation of a continuous two-dimensional problem
采用动力学蒙特卡罗（MC）模拟方法研究了二维含杆悬浮液的沉降过程。考虑了具有连续位置和方向自由度的非格点模型。沉降前的初始状态是使用随机顺序吸附模型产生的。在这种沉降过程中，杆经历平移和旋转布朗运动。MC模拟在不同的初始数密度（每单位面积的杆数）$ρ_i$和沉降速率$u$下运行。对于沉积物膜，棒的空间分布，序参量和电导率进行了检查。不同类型的沉积驱动的自组装和电导率的各向异性揭示了内部的沉积膜。该各向异性可通过改变$ρ_i$和$u$的值来精细地调节。
2019-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion and sedimentation in colloidal suspensions using multiparticle collision dynamics with a discrete particle model
我们研究了自扩散和沉降在胶体悬浮液中的近硬球使用的多粒子碰撞动力学模拟方法的溶剂与离散网格模型的胶体颗粒（MD+MPCD）。我们涵盖胶体体积分数从0.01到0.40和比较MD+MPCD模拟布朗动力学模拟与自由排水流体动力学（BD）以及成对的远场流体动力学描述使用Rotne-Prager-Yamakawa流动张量（BD+RPY）。MD+MPCD中的动力学表明，胶体颗粒在短时间内仅部分地与溶剂偶联。MD+MPCD的自扩散系数与BD和BD+RPY相当，沉降系数与BD+ RPY相当，说明MD + MPCD能较好地描述胶体悬浮液中的流体动力学相互作用.离散颗粒MD+MPCD方法是方便的，很容易扩展到更复杂的形状，我们确定了近硬立方体的悬浮液中的长时间自扩散系数，以证明其普遍性。
2021-10-12 cond-mat.soft
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
Screening, Hyperuniformity, and Instability in the Sedimentation of Irregular Objects
我们研究过阻尼沉降的非布朗物体的不规则形状，使用波动流体力学。物体对流动的各向异性响应是由它们倾向于与重力对齐引起的，直接抑制了浓度和速度波动。这使得悬浮液，以避免预测的对称球体悬浮液的异常波动。浓度波动的抑制导致相关的超均匀结构。对于某些物体形状，各向异性响应可能在相反方向上起作用，使均匀沉降不稳定。
2017-05-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Mesoscale simulations of diffusion and sedimentation in shape-anisotropic nanoparticle suspensions
Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Auburn University（奥本大学）；Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.（德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
研究通过介观模拟确定了各向异性纳米颗粒悬浮液的长时自扩散系数和沉降系数，基于理论预测和实验数据验证了正十二面体、立方体、四面体和圆柱体颗粒的扩散系数估算方法。
2024-03-05 cond-mat.soft
First-order virial expansion of short-time diffusion and sedimentation coefficients of permeable particles suspensions
对于可渗透颗粒悬浮液，从理论上计算了短时平移和旋转自扩散系数，以及集体扩散和沉降系数。单个颗粒被建模为具有给定渗透率的均匀渗透球体，内部溶剂流动由Debye-Bueche-Brinkman方程描述。假设粒子通过其排除体积非流体动力学地相互作用。的体积分数的幂的输运性质的维里展开进行到两个粒子的水平。一阶维里系数对应于两体流体动力学相互作用的颗粒间距离的倒数幂级数展开进行评估具有非常高的精度。结果得到并讨论了一个广泛的范围内的比例，x，颗粒半径的水动力筛选长度内的可渗透的球体。结果表明，当x >= 10时，输运性质的维里系数可以用我们以前建立的多孔颗粒悬浮液有效粘度的流体动力学半径（环带）模型很好地近似。
2011-01-23 cond-mat.soft
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
Steady state particle distribution of a dilute sedimenting suspension
研究了非布朗悬浮硬颗粒的沉降问题。结果表明，在低浓度的限制，两个粒子的分布函数，确保有限的粒子关联长度可以找到并明确计算。计算了沉降系数。并与实验结果进行了比较。
2005-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Destabilization and phase separation of particle suspensions in emulsions
屈服应力流体在工业应用中被广泛用于捕获致密固体颗粒，可以使用浓乳液作为模型流体来研究。我们在实验中表明，颗粒沉降在乳液中不能预测的经典标准嵌入在屈服应力流体中的球体。发生相分离过程，其中形成液体层，并且通过乳液排水增强颗粒沉降。此外，乳液排水可以通过嵌入乳液中的颗粒的量来阻止或增强。开发了一个最小数学模型并在数值模拟中求解，以描述存在颗粒时的乳液排水，该模型与实验稳定性图和沉降动力学进行了比较。
2020-10-15 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
Hyperuniformity with no fine tuning in sheared sedimenting suspensions
存在于许多自然和工业环境中的颗粒悬浮液通常含有聚集体或其他微结构，其可使宏观流动行为复杂化并损坏加工设备。最近的研究发现，在临界转变附近施加均匀的周期性剪切可以减少所有长度尺度上的颗粒浓度波动，从而导致超均匀状态。然而，这种均匀化策略需要对应变幅度进行微调。在这里，我们表明，在一个模型中的沉积颗粒在周期性剪切，有一个明确的制度，在低沉降速度超均匀缩放自动发生。我们的模拟和理论论证表明，均匀化延伸到一个有限的长度尺度，发散的沉降速度接近零。
2018-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
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 and Levitation of Catalytic Active Colloids
通过使固体微粒的密度与周围流体的密度相匹配，可以很容易地关闭胶体悬浮液中的重力效应。通过研究具有可调浮力的催化微游泳者的运动，我们表明，这种策略不能被采用的活性胶体悬浮液。如果平均浮力减小，由于游动速度与引力场反向对齐，观察到样品池顶壁处的明显积聚。即使当粒子到达平壁时，引力矩仍然决定准二维主动运动的性质。我们的研究结果突出了重力在活跃系统中的微妙作用。
2022-11-08 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
The interplay between hydrodynamic and Brownian fluctuations in sedimenting colloidal suspensions
我们应用混合分子动力学和介观模拟技术研究硬球粒子的稳态沉降的Peclet数（Pe）从0.08到12。流体动力回流导致平均沉降速度相对于斯托克斯速度的降低。我们发现这种效应与Pe数无关。速度波动显示了在短的相关时间内热波动的预期效果。在较长的时间，非平衡流体动力学波动是可见的，其特点似乎是独立的热波动。流体动力学的波动占主导地位的扩散行为，即使是温和的Pe数，而相反的短时间的波动占主导地位的热效应的一个令人惊讶的大Pe数。受最近实验的启发，我们还研究了水平平面狭缝中的有限沉降。在我们的模拟中，出现了不同的横向图案，与实验中的观察结果一致。
2007-10-19 cond-mat.soft
Transport properties of monodisperse and bidisperse hard-sphere colloidal suspensions from multiparticle collision dynamics simulations
Auburn University（奥本大学）
通过多粒子碰撞动力学模拟研究单分散和双分散硬球胶体悬浮液的输运性质，发现双分散体系在直径比为2和4时的沉降速度与文献一致，揭示了模拟方法对离散化效应的敏感性。
2026-02-26 cond-mat.soft
Hydrodynamic and geometric effects in the sedimentation of model run-and-tumble bacteria
细菌悬浮液中的沉降过程是重力和微生物的内在运动之间竞争的结果。我们对在流体介质中移动的奔跑翻滚“蠕动者”进行了模拟，重点关注非平衡稳态对细菌游泳特性的依赖性。我们发现，足够高的活动，密度分布不再是简单的指数，我们恢复的数值结果，通过引入一个本地的有效温度，这表明Perrin的指数形式的故障是一个集体效应，由于发病的流体介导的动态粒子之间的相关性。我们表明，类似的概念也可以适合的情况下，振动筛，我们报告的第一次研究这种。此外，我们提供的证据的情况下，溶剂流体动力学诱导的非局部效应，需要考虑到完全三维的动态，以了解活性悬浮液的沉降。最后，通过对细菌游动方向的统计分析，讨论了稳态沉降曲线中极性序的出现。
2021-11-10 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
Surfactant Induced Catastrophic Collapse of Carbon Black Suspension used in Flow Battery Application
炭黑颗粒在用于电化学氧化还原液流电池的浆料电极中充当电子导电添加剂。炭黑颗粒在浆料电极中的稳定性和分散性是其储存和电池有效运行的关键参数。通过添加非离子表面活性剂来改性炭黑浆料制剂可以潜在地赋予所需的性质，例如良好的颗粒分散性、重力稳定性和流动性，从而赋予液流电池更好的性能。与典型的浆料电极配方匹配，我们将炭黑颗粒分散在1M H $_2$ SO $_4$中，其中体积分数$ϕ$ = 0.01至0.06并且c $_{surf.}$ = 0、0.05和0.1M。流变学研究表明，炭黑悬浮液具有胶体凝胶的性质。通过使用定制相机设置在比色皿中随时间跟踪颗粒床的高度来测量该过程的沉降动力学。这里的沉降动力学明显类似于凝胶坍塌。在短时间内，我们观察到快速沉积与结构崩溃的凝胶和在长时间非常缓慢的沉积与压实的沉积物。在$α$（= c $_{surf.}$/c $_{CB}$）$<$ 0.7下，将非离子表面活性剂（Triton X-100）添加到高于CMC的溶剂中改善了颗粒分散并增加了凝胶弹性。然而，对于$α>$，0.7导致形成较弱的凝胶，其在重力下表现出"灾难性坍塌"并且具有较低的粘度。
2022-09-25 cond-mat.soft
Hydrodynamic and Brownian Fluctuations in Sedimenting Suspensions
我们使用一个介观计算机模拟的方法来研究之间的相互作用的流体动力学和布朗波动的硬球颗粒的Peclet数（Pe）范围从0.1到15的稳态沉降。即使当流体动力相互作用是一个数量级弱于布朗力，它们仍然诱导回流效应，占主导地位的平均沉降速度的减少，增加颗粒堆积分数。另一方面，当Pe > 1时，流速脉动开始表现出非平衡流体动力学特征
2004-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sedimentation of strongly and weakly charged colloidal particles: Prediction of fractional density dependence
我们报告计算的减少沉降速度$U/U_{0}$在均匀的悬浮液中的强，弱电荷的胶体球作为一个功能的颗粒体积分数$ϕ$。对于低盐度的强电荷球的稀悬浮液，$U/U_{0}$很好地由具有分数指数$α=1/3$和参数$p\simeq 1.8$的参数形式$1-pϕ^α$表示，该参数基本上与宏离子电荷$Z$无关。这种非线性的体积分数依赖性可以定量地理解的有效硬球与$ϕ$依赖性的直径的模型。对于去离子溶剂中的弱电荷球，如果Petsev和Denkov给出的$α$的表达式[J.Colloid Interface Sci. 149，329（1992）]。我们进一步表明，该表达式的有效性范围仅限于非常小的值的$ϕ$和$Z$，这可能是不可访问的沉降实验。所提出的结果也可能适用于其他系统，如球形蛋白质或离子胶束。
1999-07-09 cond-mat.soft
Short-time dynamics and high-frequency rheology of core-shell suspensions with thin-shells
对非重叠核壳颗粒悬浮液的短时动力学和高频流变学进行了分析。在薄壳的限制，单粒子散射系数推导和示出定义一个唯一的有效半径。这一结果被用来证明理论上（在薄壳极限）的准确性与内半径等于有效的流体动力学半径的核壳颗粒的环形近似。对平动和转动自扩散、沉降和粘性进行了双粒子维里展开。的维里系数进行了评估，并被证明是准确近似的有效环模型，在不精确的有效硬球模型。
2012-08-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Colloidal brazil nut effect in sediments of binary charged suspensions
利用计算机模拟和密度泛函理论计算了荷电二元胶体悬浮液的平衡沉降密度分布。对于去离子的样品，我们预测一个胶体的“巴西坚果”的效果：重的胶体颗粒沉积在上面的较轻的，只要他们的质量，每电荷小于较轻的。这种效应在沉降实验中得到了验证。
2004-01-02 cond-mat.soft
Novel zone formation due to interplay between sedimentation and phase ordering
通常，我们认为大颗粒比小颗粒沉降得更快。与这种直觉相反，我们报告了沉降和相序之间的动态竞争，这导致较小的颗粒比较大的颗粒沉降得更快。我们访问这一现象使用悬浮液的聚合物和两个胶体物种，我们的图像与共聚焦显微镜。聚合物介导胶体之间的吸引力，导致相分离和结晶。我们发现，沉降，相分离和晶体成核之间的动力学相互作用的基础这一现象。此外，在一定条件下，我们发现了一个动力学途径，导致一个单组分晶体和二元流体的浮力相等的表观共存。这些研究结果可能是相关的沉积诱导带形成的自然和工业应用的基本认识。
2014-02-03 cond-mat.soft
Hydrodynamic simulations of sedimenting dilute particle suspensions under repulsive DLVO interactions
我们提出的指导方针，以估计静电斥力在沉降稀颗粒悬浮液的效果。我们的结果是基于结合朗之万动力学和格子玻尔兹曼模拟的范围内的粒子半径，德拜长度和粒子浓度。它们显示了浓度依赖性沉降速度的斜率$K$与通过平均颗粒-颗粒距离归一化的静电排斥的范围$χ$之间的简单关系。当$χ\to 0$时，粒子彼此距离太远，不能如Batchelor理论所预测的那样与$K=6.55$静电相互作用。随着$χ$增加，$K$同样增加，好像颗粒半径与$χ$成比例地增加，直到在$χ=0.4$附近达到最大值。在范围$χ=0.4-1$，$K$指数松弛到浓度依赖性常数与已知的有序粒子分布的结果一致。同时，径向分布函数从无序的类气体形式过渡到类液体形式。与浓度依赖性沉降速度的幂律拟合类似地产生作为$χ= 0.6$的函数的指数的简单主曲线，其中从1到1/3的阶梯状过渡以$χ= 0.6$为中心。
2022-02-25 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Shear-induced sedimentation in yield stress fluids
粗颗粒的重力稳定性是稠密悬浮体（新鲜混凝土、食品等）中的一个重要问题。一方面，已知当填隙糊剂具有足够高的屈服应力时，它们在静止时是稳定的;另一方面，尚不可能预测给定材料在流动期间是否保持均匀。使用MRI技术，我们研究了在库埃特几何模型密度不匹配的非胶体颗粒在屈服应力流体中的悬浮液的流动过程中的颗粒体积分数的时间演化。我们观察到，剪切诱导沉降的颗粒在所有系统中，这是稳定的休息。沉降速度随剪切速率和粒径的增大而增大，随间隙液屈服应力的增大而减小。在低剪切速率（“塑性状态”），我们表明，这种现象可以模拟考虑的间隙流体的行为像一个粘性流体-的粘度等于剪切流体的表观粘度-在垂直于剪切方向。在较高的剪切速率，当粘性效应开始变得重要的行为，也进行了讨论。最后，我们研究了沉降速度对颗粒体积分数的依赖关系，并表明其建模需要估计局部剪切速率在间隙液。
2012-06-07 cond-mat.soft physics.class-ph
From fluttering to drifting in inertialess sedimentation of achiral particles
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
研究发现，非手性粒子在无质量沉降时，其沉降行为受对称性破坏影响，从摆动到漂移的转变取决于捏合强度，并通过实验验证了这一现象。
2025-04-30 cond-mat.soft
The Effects of Inter-particle Attractions on Colloidal Sedimentation
利用介观模拟技术研究了短程粒子间吸引力对胶体悬浮液稳态沉降的影响。吸引力增加的平均沉降速度$v_s$相比，纯硬球的情况下，并为足够强的吸引力，一个非单调依赖于包装分数$ϕ$的最大速度在中间$ϕ$观察。吸引力也强烈地增强流体动力学速度波动，其显示作为$ϕ$的函数的明显的最大尺寸。这些结果与流体力学和瞬态多粒子团簇的形成和破裂之间复杂的相互作用有关。
2009-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Navier Stokes Phase Field Crystal Model for Colloidal Suspensions
我们开发了一个完全连续的模型与流体动力学相互作用的胶体悬浮液。Navier Stokes相场晶体（NS-PFC）模型结合了动态密度泛函理论和颗粒流方法的思想，详细推导了该模型，并将其与其他具有流体动力学相互作用的动态密度泛函理论方法联系起来。推导出的系统使用自适应有限元数值求解，并用于分析胶体结晶在流动的环境中表现出强耦合的晶体形状和流场之间的两个方向。我们进一步验证模型对其他计算方法的颗粒流系统的各种胶体沉积问题。
2015-01-26 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Equilibrium properties of magnetic filament suspensions
朗之万动力学用于研究磁性细丝（与聚合物永久交联的纳米颗粒链）悬浮液的平衡性质。结果表明，长丝悬浮液一般具有较大的磁化率比系统的未连接的纳米粒子具有相同的平均颗粒浓度。然而，实际的磁化率增益强烈地依赖于灯丝的长度和柔性。它还表明，在一个强大的重力（离心）场沉降配置文件的细丝是不均匀的比未连接的粒子。细丝的空间分布弱依赖于粒子间偶极-偶极相互作用的强度。
2018-11-17 cond-mat.soft
Surface melting and crystallisation driven by sedimentation: a particle resolved study
我们研究了引力场的反转对近硬球形胶体的沉降和部分结晶悬浮液的影响。我们分析的结构变化，发生在熔化的结晶区域和重组和组装的沉积颗粒。通过与数值模拟的比较，我们访问的单粒子动力学，并确定五重对称和立方晶体结构之间的竞争的关键结构机制。随着使用粗粒度的，离散的模型，我们再现的动力学网络的反应支撑结晶和突出的主要微观转变。
2016-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rheology of sedimenting particle pastes
我们研究了非布朗悬浮液在溶剂中的局部和全局流变学，该溶剂不是密度匹配的，导致颗粒的分层或沉降。局部和全球的测量表明，不完全的密度匹配导致出现一个临界剪切速率以上的悬浮液是均匀的流动，并低于沉降或分层发生。我们表明，临界剪切速率的值及其对实验参数的依赖性是由一个简单的竞争之间的粘性和引力，并提出了一个简单的缩放模型，同意从不同类型的实验（本地和全球）在不同的设置和系统的实验结果。
2012-09-20 cond-mat.soft
Dynamics of driven granular suspensions
我们提出了一个简单的模型，悬浮液中的粒状颗粒的动力学是适合的事件驱动算法，允许模拟$N=\mathcal{O}(10^6)$粒子或更多。作为第一种应用，我们考虑通过向上的液体流流化的致密颗粒填料，即流化床。在定常状态下，当所有的力平衡时，我们总是观察到一个定义明确的界面，其宽度近似与填充分数无关。我们还研究了膨胀和沉降的动力学后，流量突然变化引起的变化，在固定的包装分数和确定的时间尺度达到一个稳定的状态。
2014-06-16 cond-mat.soft
Simultaneous concentration and velocity maps in particle suspensions under shear from rheo-ultrasonic imaging
我们扩展了先前开发的超快超声技术[Gallot等人，Rev. Sci.仪器84，045107（2013）]中的浓度场测量。该技术提供了访问时间分辨的浓度图内的泰勒-库埃特细胞的间隙，同时当地的速度测量和标准的流变特性。在均匀颗粒悬浮液的基准实验被用来校准系统。然后，我们的图像不均匀的浓度场，导致离心作用，从经典的泰勒-库埃特不稳定性和沉降或剪切诱导的再悬浮。
2016-12-12 cond-mat.soft physics.ins-det
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
Persistence of Coffee-Ring Deposits in Concentrated Suspensions of Anisotropic Colloids
Department of Physics, Brandeis University（布兰迪斯大学物理系）；Department of Physics and Astronomy, Northwestern University（西北大学物理与天文学系）；Applied Mathematics and Statistics, Colorado School of Mines（科罗拉多矿业大学应用数学与统计学系）
研究发现咖啡环形成受颗粒沉降速度与蒸发界面速度比控制，而非颗粒各向异性，为抑制不均匀沉积提供新见解。
2026-04-23 cond-mat.soft
Settling dynamics of non-Brownian suspension of spherical and cubic particles in Stokes flow
本研究通过刚性多团簇方法模拟 Stokes 流中球形与立方体颗粒的沉降，发现水动力作用主导稀相沉降，碰撞抑制浓相波动，且球形颗粒沉降更快，立方体颗粒各向异性更低并更易逆重力运动。
2025-03-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coupling of sedimentation and liquid structure: influence on hard sphere nucleation
模拟和实验的硬球之间的成核率密度的差异仍然惊人的和无法解释的。建议，更强烈的沉淀胶体悬浮液的硬球成核速度比弱沉淀系统。在这项工作中，我们首先考虑的效果上的胶体硬球的结构，通过调整溶剂和胶体颗粒之间的密度失配的沉降。特别是，我们调查的程度上的五重对称存在的效果。其次，我们研究了这些实验系统中的密度波动的大小相比，模拟。通过为每个颗粒分配局部密度来测量密度波动，该局部密度与3.25个颗粒直径的距离内的颗粒数量有关。这些局部密度的标准偏差给出了系统中存在的波动的指示。当在我们的系统中诱导沉降时，五重对称性被抑制了两倍。与模拟相比，实验中的密度波动也增加了两倍。五重对称性的变化使预期的成核率不同，但我们证明，它最终是太小，以解决实验和模拟之间的差异，而波动被证明是一个人工制品的三维粒子跟踪。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci 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
Stability of a dispersion of elongated particles embedded in a viscous membrane
本研究构建平均场模型分析粘性膜内细长颗粒准二维悬浮液的稳定性，揭示膜与周围流体粘性应力的竞争对浓度不稳定性的调控机制及波数选择效应。
2024-02-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental evidence of thermal-like behaviour in dense granular suspensions
我们通过实验研究了一个二维颗粒系统的静态沉降模型的统计行为。浮力圆柱形颗粒在充满液体的鼓中旋转，从而被限制在具有可调曲率的谐波向心势中，其与重力竞争以产生各种静止状态：虽然是异质的，但系统的填充分数可以被调节为随着旋转速率的增加而完全分散到完全结晶。我们表明，这个动力学系统是在机械平衡的限制潜力，并表现出热的行为，其中的颗粒压力和包装分数通过状态方程。我们得到一个半解析表达式的状态方程允许探测粒子之间的流体动力学相互作用的性质。这种描述是有效的，在整个范围内的物理参数，我们调查，并揭示了一个浮力的能量尺度，我们解释为一个有效的温度。最后，我们讨论了我们的系统在高包装分数和状态方程的相关性的液-固相变的行为。
2018-07-30 cond-mat.soft
Nonequilibrium equation of state in suspensions of active colloids
活性胶体是一类新型材料，由胶体尺度的颗粒组成，这些颗粒将化学能局部转化为运动性，模仿微生物。远离平衡发展，这些系统显示结构组织和动力学性质不同于热化胶体组件。收获的潜力，这类新的系统需要一个概念框架来描述这些本质上非平衡系统的发展。我们使用沉降实验来探测二维组装的活性Janus微球的非平衡状态方程，并进行计算机模拟的自走硬盘模型。自我推进深刻地影响了状态方程，但这些变化可以用平衡概念来合理化。我们表明，活性胶体的行为，在稀极限，作为一个理想气体与活性依赖的有效温度。在有限密度下，增加活性类似于增加平衡颗粒之间的粘附力。我们量化这种有效的粘附力，并获得一个独特的比例关系的活动和有效的粘附力在实验和模拟。我们的研究结果提供了一个新的和有效的方式来了解新的阶段的物质在活跃的胶体悬浮液的出现。
2014-11-26 cond-mat.soft
Hybrid particle-phase field model and renormalized surface tension in dilute suspensions of nanoparticles
本文提出混合粒子-相场模型模拟稀胶体在流体界面附近的沉降与浮选，揭示粒子耦合会改变界面张力，并发现重整化表面张力随粒子浓度增加和浮力质量减小而单调下降。
2024-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A scalable computational platform for particulate Stokes suspensions
我们描述了一个计算框架，用于模拟牛顿Stokes流中刚性颗粒的悬浮液。一个中心的构建块是一个碰撞解决算法，克服了粒子碰撞所产生的数值约束。该算法将非光滑多体动力学的互补方法推广到求解稠密刚体悬架中的碰撞问题。这种方法制定的冲突解决问题作为一个线性互补问题的几何“非重叠”的约束，在每个时间步长。然后将其转化为一个约束二次规划问题，并采用Barzilai-Borwein投影梯度下降法求解。该框架被设计为适用于任何凸形颗粒形状，例如，球和球柱，并且适用于任何斯托克斯迁移率求解器，包括Rotne-Prager-Yamakawa近似、斯托克斯动力学和PDE求解器（例如，边界积分和浸入边界方法）。特别地，该方法施加牛顿第三定律并记录整个接触网络。此外，我们描述了一个快速，并行，和光谱精确的边界积分方法为球形颗粒量身定制，能够解决润滑效果。我们表现出弱和强的平行缩放到$8\times 10^4$粒子与约$4\times 10^7$自由度的$1792$核心。我们展示了这个框架的多功能性与几个例子，包括沉淀的粒子簇，和活跃的物质系统组成的合奏驱动旋转的粒子。
2020-05-15 cond-mat.soft cs.CE physics.comp-ph
Gravity-induced phase phenomena in plate-rod colloidal mixtures
重力可以影响胶体悬浮液，因为对于微米大小的颗粒，重力和热能在几毫米的垂直长度尺度上可以是相当的。在混合物中，每种物质具有不同的浮力，这可能使实验结果违反直觉，难以解释。在这里，我们重新从理论的角度来看，标志性的沉积扩散平衡实验的胶体板棒混合物的范德Kooij和Lekkerkerker。我们重现了他们的发现，包括在一个试管中观察五种不同的中间相。使用沉降路径理论，我们将重力到一个微观理论的大部分板棒混合物。我们还展示了如何从沉降实验中解开重力的影响，以获得大量的行为，并作出预测，可以通过实验测试。这些包括通过改变样品高度来改变序列。我们证明，浮力质量比和样品高度形成控制参数来研究体相行为。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dissipative self-assembly of colloidal suspensions
University of Delaware（特拉华大学）
研究通过磁场开闭的耗散过程使磁性胶体悬浮液自组装形成致密动态稳态相，利用聚类分析构建相图并识别六个结构特征区域。
2026-03-15 cond-mat.soft
Mixtures of anisotropic and spherical colloids: Phase behavior, confinement, percolation phenomena and kinetics
硬棒、片晶和球的悬浮液等熵体系表现出丰富的相行为。几十年来，棒晶和片晶已被成功地用作预测液晶平衡性质的模型。在过去的几年中，硬颗粒模型也在非平衡统计力学的背景下进行了研究，特别是关于玻璃化转变，堵塞，沉降和结晶。最近，各向异性硬颗粒的悬浮液也成为从事软物质复合材料研究的材料科学家们关注的焦点。与导电填料颗粒混合的绝缘聚合物树脂在填料膨胀时变得导电。在这种情况下，连通性渗流的数学主题在现代纳米技术中得到了应用。本文综述了近年来硬粒子模型中的相行为、禁闭效应、逾渗相变和相变动力学等方面的研究进展。在第一部分中，我们讨论了粒子各向异性和耗尽对逾渗转变的影响。在第二部分中，我们提出的结果，在悬浮液中的球体和椭球体的液晶转变的动力学。
2013-10-01 cond-mat.soft
Dynamics of suspensions of hydrodynamically structured particles: Analytic theory and experiment
我们提出了一个易于使用的分析工具箱，用于计算具有内部流体动力学结构的球形胶体颗粒的浓悬浮液的短时间输运性质，以及由硬核或软赫兹对势描述的直接相互作用。所考虑的动态特性包括自扩散和沉降系数，在动态散射实验中确定的波数依赖的扩散函数，和高频剪切粘度。该工具箱是基于流体动力学半径模型（HRM），其中内部颗粒结构被映射到流体动力学半径参数不变的直接相互作用，并在现有的模拟数据库的溶剂渗透性和球形环状颗粒。有用的尺度关系的扩散函数和自扩散系数，已知是有效的硬核相互作用，也适用于软对电位。我们进一步讨论了工具箱的扩展，包括低剪切零频率粘度和长时间的自扩散系数的长时间传输特性。工具箱的多功能性通过对非离子PNiPAM微凝胶的悬浮液的先前光散射研究的分析来证明[Eckert等人，J. Chem. Phys.，2008，129，124902]，其中动态数据的详细理论分析被作为开放任务留下。通过与基于Hertz势的计算的比较，我们表明，使用Verlet-Weis校正的Percus-Yevick结构因子作为输入，并且对于等于排除体积半径的3%的溶剂渗透长度，实验数据是一致的和准确的。微凝胶颗粒的这种小的溶剂渗透性在较大浓度下具有显著的动态效应。
2015-01-12 cond-mat.soft
Simulation of Claylike Colloids
本文采用分子动力学和随机旋转动力学相结合的方法研究了球形粉粒的稠密悬浮体和沉积物的性质。我们包括范德华力和有效的胶体颗粒之间的静电相互作用，以及布朗运动和流体动力学的相互作用，这是计算在SRD部分。我们提出的模拟技术和第一个结果。我们已经测量了速度分布，扩散系数，沉降速度，空间关联函数，我们已经探讨了相图取决于参数的潜力和体积分数。
2005-05-10 cond-mat.soft
Transport and selective chaining of bidisperse particles in a travelling wave potential
我们结合实验，理论和数值模拟研究的动态的二元悬浮液的顺磁性胶体颗粒分散在水中，并运输上面的条纹图案化的磁性石榴石膜。衬底在其表面上方产生一维周期性能量景观。椭圆偏振旋转磁场的应用导致景观平移，诱导放置在膜上方的顺磁性粒子的直接传输。应用领域的椭圆率可以用来控制和调整粒子间的相互作用，从净排斥净吸引。当考虑两种不同尺寸的颗粒时，我们发现，取决于它们在磁性基底表面上方的高度，颗粒有效地感受到不同的电势，从而导致不同的迁移率。我们利用这一功能，诱导选择性链接的某些值的应用领域的参数。特别是，当驱动两种类型的粒子时，我们只迫使一种类型凝聚成平行移动的链。这些链将其他非链化颗粒的运动限制在狭窄的胶体通道内。这种现象是通过考虑粒子之间的成对磁力的平衡以及它们与旅行景观的个体耦合来解释的。
2016-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
