Cylindrically confined assembly of diblock copolymer under oscillatory shear flow
操纵自组装纳米结构与组合不同的控制措施正在成为一个有前途的路线，为众多的应用程序，以产生模板和支架的纳米结构材料。这里，两种不同的控制措施是圆柱形约束和振荡剪切流。通过细胞动力学模拟（Cell Dynamics Simulation），研究了不同$D/L_0$（$D$为圆柱形纳米孔直径，$L_0$为微区间距）和不同剪切作用下，嵌段共聚物在纳米孔中的相行为.在不同的$D/L_0$作用下，体系中随着振幅和频率的变化，发生不同的形貌演化和相变。同时，也形成了一系列新颖的形态。对于每一个$D/L_0$，我们构造了不同形式的相图，并分析了发生相变的原因。我们发现，虽然在不同的$D/L_0$作用下，晶体的形貌不同，但随着振幅和频率的变化，晶体发生相变的原因大致相同，都是场效应和禁闭效应的共同作用所致。这些结果可以指导实验人员使用圆柱约束和振荡剪切流的组合来创建有序的、无缺陷的纳米结构材料的简单方法。
2016-09-15 cond-mat.soft
Tunable Assembly of Confined Janus Microswimmers in Sub-kHz Electic Fields under Gravity
本研究利用交流电场驱动重力下受限的Janus微型游泳器，通过调节电场频率实现了从类气体到密集晶体簇的可控结构转变，为设计高密度活性物质系统提供了新框架。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Templated self-assembly of gold nanoparticles in smectic liquid crystals confined at 3D printed curved surfaces
本研究利用3D打印曲面与受控锚定性质限制近晶相液晶以工程化拓扑缺陷，并结合Landau-de Gennes自由能最小化建模，实现金纳米颗粒的可重构三维模板化自组装。
2023-06-01 cond-mat.soft
Non-equilibrium steady structures of confined liquid crystals driven by a dynamic boundary
源于动态自组装的稳态结构在新一代材料中已开始显示出其优势，并对平衡自组装提出了挑战。鉴于禁闭在自组装中的重要作用，本文提出了一种新的禁闭方式，这种禁闭方式可以导致动态稳定的结构，这为传统的禁闭方式打开了一扇新的窗口。在我们的模型中，我们考虑的自组装椭球在二维圆形限制通过边界执行周期性伸缩振荡。Langevin动力学模拟揭示了在适当的边界运动下，非平衡稳定结构的实现，这是一种具有稳定拓扑缺陷的新型近晶结构。与静态边界的约束不同，靠近边界的椭球具有取决于边界运动的可变取向。随着界面振荡幅度和频率的变化，伴随着对称性的变化和缺陷数的变化，出现有序-有序结构的转变。根据结构重组和能量调整是否发生，可以区分慢动态和快动态。由系统做功引起的封闭椭球体的集体运动是决定自组装结构和动力学的关键因素。我们的结果不仅获得了新颖的圆形受限液晶织构，而且启发我们重新思考生物体内的自组装。
2019-03-15 cond-mat.soft physics.comp-ph
Tuning polymer architecture for quasicrystal self-assembly
Northumbria University（诺森比亚大学）；University of Turku（图尔库大学）；University of Auckland（奥克兰大学）；Loughborough University（拉夫堡大学）；University of Leeds（利兹大学）
通过计算模拟和理论研究，探讨了由中央聚合物通过刚性连接器连接到柔性聚合物冠的树状聚合物之间的超软相互作用，展示了通过核心和冠聚合物性质调节相互作用势长程竞争的能力，并通过参数选择证明了树状聚合物结构与宏观相态的关系，实现了准晶体稳定区域的控制。
2026-03-19 cond-mat.soft
Self-Assembly of Spiral Patterns in Confined System with Competing Interactions
聚合物溶液中的胶体粒子和功能化纳米粒子通常表现出短程吸引与长程排斥（SALR）的耦合，导致对称图案的自发形成。由SALR颗粒的薄膜形成的手性纳米结构还没有报道。在这项研究中，我们观察到显着的拓扑结构从对称图案的同心环的螺旋形状的手征结构的转变，当系统是在六角形限制。我们发现，螺旋形的形成可以诱导通过打破系统对称性与楔，或通过熔化的环。在前一种情况下，螺旋的手性由楔形的取向决定，因此可以控制。在后者中，螺旋上升，由于热致缺陷，是不存在的平均颗粒分布，形成高度规则的六边形图案的中心部分的系统。这些六边形图案可以用平面密度波的干涉来解释。热力学的考虑表明，平衡螺旋可以自发地出现在任何条纹形成系统限制在一个小楔的六边形，提供了一定的条件下，满足一组唯象参数。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micro-Bullet Assembly: Interactions of Oriented Dipoles in Confined Nematic Liquid Crystal
微子弹粒子是一个钝端和一个球形端的圆柱体，为研究复杂流体中各向异性和曲率对胶体组装的影响提供了一个新的平台。在这里，我们分散在4-氰基-4'-戊基联苯（5CB）双折射液晶（NLC）细胞的微子弹，并形成取向的弹性偶极子与位于弯曲端附近的一个点缺陷。这一特点使我们能够研究作为偶极排列的函数的粒子相互作用。通过对粒子表面锚定和限制边界的控制，我们研究了不同条件下微子弹的相互作用和组装。当具有垂面锚定的微子弹分散在平面细胞中时，平行偶极子形成平行于指向矢的线性链，类似于在平面细胞中观察到的球形颗粒，而反平行偶极子侧对侧定向。然而，在垂面细胞中，粒子旋转以使其长轴平行于指向矢。当这样对齐时，平行偶极子排斥并形成具有六边形对称性的2D有序组件，由于反平行邻居之间的吸引力，这些组件随着时间的推移而成熟。此外，我们表明，细胞内的锚定条件可以通过施加电场来改变，使我们能够翻转微子弹平行于导演，由弹性扭矩驱动的效果。最后，我们详细的机制，控制形成的一维链和六角形晶格相对于弹性的NLC。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-Assembly on a Cylinder: A Model System for Understanding the Constraint of Commensurability
当晶格被限制在圆柱体的表面时，它必须具有与圆柱体周长相称的周期性结构。这种约束可能会阻碍系统，导致倾斜的晶格或结构与手性缝称为“线滑移”相，这两个都是稳定的各向同性粒子在平坦表面上的平衡。在这项研究中，我们使用分子动力学模拟，以寻找稳态结构的球形颗粒与短程排斥和长程吸引力远低于熔化温度。我们使用Lennard-Jones势和Morse势改变吸引力的范围，发现较短范围的吸引力有利于线滑移。我们开发了一个简单的模型，仅基于几何形状和键能来预测晶体或线滑移相何时出现，并找到合理的模拟协议。这个模型的简单性使我们能够理解可压缩性约束的影响，这种理解可能会扩展到更普遍的问题，即强约束空间中的自组装粒子。
2013-07-02 cond-mat.soft
Bubble growth in a confined heated polymer: the example of safety glass
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；LIPhy（LIPhy实验室）；Saint-Gobain Research Paris（圣戈班巴黎研究院）
研究揭示了夹层安全玻璃中气泡生长的物理机制，指出空气和水在特定条件下协同作用导致气泡形成，并提出了扩展的模型用于分析多组分气泡。
2026-01-21 cond-mat.soft
Crystal phases of two dimensional assembly of triblock Janus particles
最近的实验工作对球形胶体颗粒装饰有两个疏水极由带电的中间带（三块Janus颗粒）分开，已经证明了自组装成Kagome二维晶格，当颗粒被重力限制在样品架底部时[Q. Chen { \em et. al.}，Nature，in press].在这里，我们评估的能力，以前提出的简单的两个补丁有效的潜力，重现实验结果。我们表明，有效的潜力是能够重现所观察到的结晶路径中的可果美结构。基于自由能的计算，我们还表明，Kagome晶格在低温和低压下是稳定的，但它转变成一个六方晶格与交替的吸引力和排斥带的压力增加。
2011-01-20 cond-mat.soft
Anomalous diffusion and diffusion anomaly in confined Janus dumbbells
采用分子动力学模拟方法研究了Janus纳米粒子的自组装和动力学性质。纳米颗粒被建模为二聚体，它们被限制在两个平坦的平行板之间以模拟薄膜。一个单体从哑铃相互作用的标准Lennard琼斯电位和其他两个长度尺度肩电位，通常用于异常流体。在这里，我们研究的影响，去除布朗效应，典型的胶体系统浸泡在水溶液中，并考虑一个分子系统，没有阻力和随机碰撞的布朗运动。自组装和扩散异常的布朗系统中保存。此外，观察到一个超扩散制度与集体重定向在一个高度结构化的阶段。在双尺度框架下解释了扩散异常和反常扩散现象。
2016-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Self-assembly of amphiphilic Janus particles at planar walls: A density functional study
利用密度泛函理论研究了两亲分子在平面壁面上的结构形成。分子被建模为（硬）球组成的亲水性和疏水性的部分。由此产生的Janus粒子的方向被描述为表示内部自由度的向量。我们的密度泛函方法涉及基本测量理论结合平均场近似的各向异性相互作用。考虑中性、亲水性和疏水性壁，我们研究了粒子的吸附，着重于表面场和相互作用离子诱导的有序现象之间的竞争。最后，我们考虑系统限制在两个平面的墙壁。结果表明，各向异性Janus相互作用在低温下产生明显的挫折效应。
2010-12-06 cond-mat.soft
Quantized Self-Assembly of Discotic Rings in a Liquid Crystal Confined in Nanopores
具有芳香族核的类芳香族分子自发地堆积在线性柱中，沿着柱轴具有高的一维载流子迁移率，使其成为功能性自组织物质的突出模型系统。我们通过高分辨率的光学双折射和基于同步加速器的X射线衍射表明，将热致性分散液晶限制在圆柱形纳米孔中会导致由同心圆弯曲柱组成的环形层的量子化形成，这在体状态下是未知的。从壁开始，该环自组装逐层传播到块体各向同性柱状过渡的过冷域中的孔中心，从而允许通过小的温度变化可逆地打开和关闭单个纳米级环。通过建立一个吉布斯自由能相图，我们跟踪的相变量子化的离散层的多余的弯曲变形能相比，热能，即使对于这个接近室温的系统。蒙特卡罗模拟得到的空间分辨的有序序参量、密度图和键形成序参量证实了约束诱导的柱状环形成的普遍性和鲁棒性以及它的量化性质。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Degradation versus self-assembly of block copolymer micelles
嵌段共聚物自组装胶束的稳定性可以通过嵌段的降解而改变。缓慢降解使嵌段共聚物胶束的平衡尺寸分布发生变化，从而改变其性质。准平衡标度理论表明，胶束核心中疏水性嵌段的降解使胶束不稳定，减小了胶束的尺寸，而形成胶束冠状结构的亲水性嵌段的降解有利于更大的胶束，并且在一定条件下，可能诱导从单个链形成胶束。
2012-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Patchy worm-like micelles: solution structure studied by small-angle neutron scattering
三嵌段共聚物表现出丰富的自组织行为，包括形成迷人的圆柱形核壳结构和相分离的冠。聚苯乙烯-（嵌段）-聚乙烯-（嵌段）-聚甲基丙烯酸甲酯三嵌段共聚物（简称SEMs = Styrene-Ethylene-Methacrylates）在溶液中经结晶诱导自组装后，用透射电镜观察到了由聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯组成的蠕虫状核壳胶束。然而，解决方案的结构仍然是一个有争议的问题。在这里，我们提出了一种方法来区分在原位Janus型（两个方面）和补丁（多个隔间）配置的电晕。为了区分这两种模式的散射强度必须主要由一个电晕室。小角中子散射中的对比度变化使我们能够专注于SEM的一个隔间。结果证实了解中也存在斑片结构。
2012-09-20 cond-mat.soft
Orientational wetting and topological transitions in confined solutions of semi-flexible polymers
尽管它们具有相当大的实际和生物应用，但在受限聚合物溶液中分子性质、组装条件和自组织结构之间的联系仍然难以捉摸。在这里，我们探讨了溶致性的半柔性链在球形限制的多个轮廓长度跨越一个广泛的制度的浓度排序。我们发现了一个原始的交叉，从两个不同的四极状态，其特征在于由规则的四面体图案的表面拓扑缺陷，无论是纵向，横向或自发扭曲的双极结构，密度增加。这些转变，以及它们涉及的中间安排，是由于在其液晶（LC）弹性各向异性的细微变化的取向润湿的组合。我们的分子模拟证实了密度泛函计算，并通过引入几个序参量以及一个无监督的学习计划的拓扑缺陷的本地化量化。我们的研究结果同意定量与连续介质弹性理论的预测，并证明在何种程度上的折叠的大分子和低分子量的液晶的自组装可能是由相同的，普遍的原则指导。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Directed self-assembly of spherical caps via confinement
在这项工作中，我们使用蒙特卡罗模拟来研究球冠的相行为之间的两个平行的硬壁分开的距离H。颗粒模型由直径为σ的硬球在高度为χ处被平面截断组成，并且它松散地基于蘑菇帽状颗粒，其相行为最近被实验研究[E. K. Riley和C. M. Liddell，Langmuir，26，11648（2010）]。颗粒的几何形状的特征在于降低的高度χ^* = χ/σ，使得模型在χ^* \leftarrow 1的硬球和χ^* \letfarrow 0的无限薄硬片晶之间外推。研究了三种不同的颗粒形状：（a）四分之三高度的球冠（χ^* = 3/4），（b）二分之一高度的球冠或半球（χ^* = 1/2），以及（c）四分之一高度的球冠（χ^* = 1/4）。这三个模型被用来合理化颗粒形状的影响，通过在不同的高度切断球体获得，在强约束下颗粒的熵驱动自组装;即，对于1 < H/x < 2.5。当H变化时，观察到一系列晶体结构，包括一些具有与在受限硬球中观察到的结构相似的对称性的结构，这是由于颗粒中剩余的球形表面，但是由于具有固有各向异性和取向自由度的颗粒形状而具有额外的特征。发现χ^* = 3/4系统的相图与实验上得到的蘑菇帽状胶体颗粒的相图最相似。一个定性的全球相图的构建，有助于揭示不同的阶段之间的相互关系，为所有的颗粒形状和约束的研究。
2013-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Curvature-guided topology and self-assembly in chiral nematics and liquid-crystal colloids
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；National Renewable Energy Laboratory（国家可再生能源实验室）；Hiroshima University（广岛大学）；Universidade de Lisboa（里斯本大学）
综述了液晶胶体和受限向列相中曲率如何产生拓扑缺陷和孤子结构，并基于亏格、欧拉特征、锚定和手性提出统一框架，探讨其在自组装和功能材料中的应用。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembly of spherical interpolyelectrolyte complexes from oppositely charged polymers
研究了在电解质中带相反电荷的聚合物缔合形成互穿复合物的过程。带电荷的聚合物是线性带相反电荷的聚电解质，可能具有中性嵌段。这导致复合物具有带电荷的核心，以及更稀的悬挂链或环（花状结构）的电晕。复合物的平衡聚集数（聚阳离子m+和聚阴离子m-的数量）通过最小化相关的自由能泛函来确定，其中的库仑贡献在泊松-玻尔兹曼理论中计算出来。复合物可被视为胶体，其可渗透微离子物质，包括盐。我们发现，络合过程可以是高度具体的，引起非常本地化的组成空间（m+，m-）中的尺寸分布。
2012-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-assembly of binary nanoparticle dispersions: from square arrays and stripe phases to colloidal corrals
纳米级正方形和条形图案的产生具有重大的技术重要性，因为它们与工业标准电子电路兼容。最近，通过氢键相互作用的二嵌段共聚物的共混物显示出在正方形阵列中的自组装。受这些实验的启发，我们研究，使用蒙特卡罗模拟，斑图形成的胶体粒子通过各向同性的核心电晕电位相互作用的二维二元混合物。我们发现了丰富多样的模式，可以分组主要是在聚集，自组装在规则的正方形晶格或交替带。观察到的其他形态包括可能用作表面模板剂的胶态corpine。这项工作显示了这个简单模型的意想不到的多功能性，可以产生各种具有高技术潜力的图案。
2009-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Activity-induced phase separation and self-assembly in mixtures of active and passive particles
我们通过布朗动力学模拟和理论研究了主动（\textit{i.e.}，自推进）和被动等距布朗粒子的单分散混合物的相行为和动力学。在一个纯粹的主动系统中，运动的活性成分触发相分离成一个稠密和稀相;在稠密相，我们进一步发现主动-被动分离，与“筏”的被动粒子在“海”的活性粒子。我们发现，从最初的无序混合物相分离可以发生少至15%的颗粒是活跃的。最后，我们表明，在一个合适的完全隔离的初始状态下制备的系统可重复地自组装一个主动的“电晕”，通过启动一个压缩波触发结晶的被动核心。我们的研究结果是相关的实验追求定向自组装使用活性粒子。
2015-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Kinetics of 2D-constrained orbitally-shaken particles
我们提出了一个实验研究的轨道振动宏观粒子的动力学局限于一个二维有界域。折扣的强制作用的外部周期性的驱动，粒子显示平移速度和扩散率符合一个受限的随机游走模型。因此，这样的实验系统可以代表一个合适的宏观模拟研究方面的分子动力学和自组装。
2018-08-16 cond-mat.soft physics.app-ph
Macroscopic equivalence for microscopic motion in a turbulence driven three-dimensional self-assembly reactor
我们建立了一个宏观的自组装反应器，搅拌磁性，厘米大小的颗粒与湍流水流的特点。通过将自组装过程按比例放大到厘米级，特征时间常数尺度也急剧增加。这使得该系统成为微观自组装的物理模拟器，其中插入粒子的相互作用很容易观察到。单粒子的轨迹分析表明，它们的速度是麦克斯韦-玻尔兹曼分布，它表明，它们的平均平方位移随时间的推移，可以模拟由一个有限的随机游走模型，表现出高水平的相似性布朗运动。两个粒子之间的相互作用已经被建模，并通过观察两个粒子之间的距离随时间的推移进行了实验验证。通过实验获得的扰动能量（类似于温度）随球体尺寸的增加而增加，并且在单球体和双球体系统之间相差一个数量级（分别约为80 $\mathrm{μJ}$和6.5 $\mathrm{μJ}$）。
2017-09-12 cond-mat.soft nlin.AO nlin.CD
