Segregation and phase inversion of strongly and weakly fluctuated Brownian particle mixtures in spherical containers
研究了有限体积球形容器中强涨落和弱涨落布朗粒子混合物的分凝斑图形成。我们考虑系统的容器限制粒子的运动结合两个熟悉的方法：球对称线性势和容器的边缘壁。在这样的系统中，观察到以下两种分离模式。当容器半径足够大时，弱波动颗粒比强波动颗粒更多地聚集在容器中心周围。另一方面，当容器半径较小时，观察到强和弱波动颗粒的倒置分布。我们还发现了类似的分离和相转化，如果这样的颗粒混合物构建一个链（异质波动聚合物），并被限制在一个容器中，没有线性电位。我们提供了定性的机制和这种相转化的生物聚合物行为的关系。
2014-04-25 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Mixing and segregation of ring polymers: spatial confinement and molecular crowding effects
在细菌细胞的生命周期中，两个环形子基因组的不混合是细胞分裂过程的重要先决条件。模仿高度拥挤的生物细胞内的环境，我们研究了两个灵活的环聚合物的动力学和统计行为的存在下，圆柱形的限制和拥挤的分子。从广泛的计算机模拟，我们确定不同体积分数$ϕ$的拥挤的环-环重叠的程度和单体间接触的数量。我们还研究了在移动拥挤的存在下，聚合物环的熵解混，并确定了内部聚合物动力学的特征时间。还分析了环长对环-环重叠的影响。特别是，拥挤分子的分数的系统变化的$(1-ϕ)$ -缩放被发现的环-环重叠长度沿圆柱轴，和3D环-环接触数的非单调依赖性进行预测。我们的研究结果有助于合理化的影响，大分子拥挤的环状DNA分子在细菌内的密闭空间，以及在本地化的真核细胞内的细胞隔室。
2014-01-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Density-driven segregation of binary granular mixtures in a vertically vibrating drum the role of filling fraction
本文通过实验与模拟研究垂直振动滚筒中填充率对二元颗粒混合物密度驱动分离的影响，揭示了四种分离模式，并指出浮力与对流力的竞争决定最终分离模式，为相关工业过程优化提供依据。
2025-04-12 cond-mat.soft
Length segregation in mixtures of spherocylinders induced by imposed topological defects
我们探讨了长度为$L_1$和$L_2$的球形圆柱体的二元混合物的长度偏析具有相同的直径$D$切向限制在半径为$R$的球形表面。球柱的取向被约束在一个外部施加的方向场上，该方向场沿着球的经度线或纬度线。在这两种情况下，整数取向缺陷的极点。我们发现，这些拓扑缺陷诱导一个复杂的偏析图片也取决于长度比因子$γ$ = $L_2/L_1$和总包装分数$η$的spherocylinders。当二元混合物沿球体的纵线排列时，较短的杆倾向于聚集在极冠的拓扑缺陷处，而较长的杆占据球面的中心赤道区域。在纬度排序相反的情况下，可以出现一种状态，其中较长的杆主要位于冠层和赤道区域，而较短的杆则位于两者之间。作为参考情况，我们考虑在平坦平面中的无缺陷情况，并且在类似的$γ$和$η$中没有发现任何长度偏析，因此偏析纯粹是由施加的拓扑缺陷引起的。它还表明，在$γ$ =4和$η\ge$ 0.5的较短的杆作为障碍的旋转松弛的长杆时，所有的取向约束被释放。
2018-03-30 cond-mat.soft
Pattern formation in a fully-3D segregating granular flow
采用实验和连续介质模型，研究了在一定粒径和体积比范围内，球形旋转器绕两个垂直轴交替旋转产生的全三维流动中，粒径双分散颗粒混合物的分凝模式。斑图形成是由于尺寸偏析与流的混沌区域和非混合岛的相互作用。具体而言，在流动的表面层中的大颗粒优先沉积在非混合岛，尽管碰撞扩散和混沌运输的影响。围绕非混合岛的流的不稳定流形的协议相关的结构提供了进一步的见解，为什么某些分离模式比其他模式更强大。
2019-01-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental investigation and numerical modelling of density-driven segregation in an annular shear cell
由于颗粒大小、形状、密度和流动特性的差异，颗粒材料会自发分离。在本文中，我们实验研究密度差驱动的偏析范围内的密度比和重粒子浓度。实验是在一个环形剪切池中进行的，该剪切池具有旋转的凹凸不平的底部，产生指数剪切剖面。该单元最初填充有一层轻颗粒和上层较重的颗粒，并且在顶部，负载提供限制。分离过程通过透明侧壁用相机拍摄，并通过后处理图像分析评估颗粒浓度在空间和时间上的演变。我们还提出了一个连续的方法来模拟密度驱动的隔离。我们使用一个隔离扩散传输方程，有效粘度和摩擦系数的本构关系，和一个类似于斯托克斯定律的隔离速度。通过与实验结果的比较，验证了该模型，可以成功地预测密度驱动的偏析在不同的密度比和体积分数。
2021-05-04 cond-mat.other cond-mat.soft
Aggregation of theta-polymers in spherical confinement
我们研究了θ聚合物在球形约束下的聚集态转变。这使得系统的研究密度对聚集转变温度的影响，为多达24个单分散聚合物。我们的研究结果表明，在稀制度的解决方案，聚合物可以被认为是孤立的所有温度大于聚集温度，这是示出的密度的函数。由此产生的竞争之间的单聚合物的崩溃和聚集产生的孤立链近似的较低的温度范围。我们提供熵和能量参数来描述有限系统中单分散溶液的聚集转变的密度依赖性和有限尺寸效应。这使我们能够估计在一个球形空腔中的稀释系统的聚集转变温度，使用一些小的，充分稀释的聚合物系统的模拟。
2014-12-03 cond-mat.soft
Stabilization and Destabilization of Semiflexible Polymers Induced by Spherical Confinement
球形限制可以对半柔性聚合物的塌陷状态起稳定或不稳定作用。一般的自由能参数表明，无约束坍缩转变的顺序是区别因素：第一顺序意味着稳定，第二顺序导致不稳定。我们证实了这一猜想的蒙特卡罗模拟的粗粒度模型的半柔性聚合物的链刚度调谐的过渡阶。由此产生的物理图像可能与强约束下的其他系统（如蛋白质和DNA）相关。
2018-11-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-organized states of solutions of active ring polymers in bulk and under confinement
本研究通过数值模拟发现活性环状聚合物在受限和不同密度条件下会形成由慢扩散旋转团簇与快速运动环共存的自组织动力学状态，揭示了活性、拓扑与受限作用导致溶液自发分离。
2023-07-28 cond-mat.soft
Morphogenesis of membrane invaginations in spherical confinement
我们研究了球形约束下流体膜的形态。当膜的面积略大于外容器的面积时，观察到单个轴对称内陷。对于更大的面积，发生自接触：内陷破坏对称性，并变形成椭圆形，通过一个小狭缝连接到其外部。对于更高的区域，第二内陷形成在原始内陷内。观察到的折叠模式可以构成生物组织和细胞器形态发生的基本构件。
2012-03-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Buckling of stiff polymer rings in weak spherical confinement
限制是一种通用的和完善的工具，研究聚合物的性质，无论是了解生物过程或开发新的纳米生物材料。研究了半柔性聚合物环在不可穿透壳层的弱球形约束下的构象。我们开发了一个分析参数的主导聚合物的轨迹取决于聚合物的弹性和熵的贡献。进行蒙特卡罗模拟以评估概率密度中的聚合物环构象，并通过形状测量非球面性和非球面性的性质。的平均非球面性和平均性质的非球面性的分析参数的比较证实了我们的推理，以解释聚合物环的构象在刚性政权，弹性响应占上风。
2010-06-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Self-assembly of Colloidal Superballs Under Spherical Confinement of a Drying Droplet
了解胶体积木形状和自组装材料结构之间的关系对于通过自组装开发新材料具有重要意义。在这方面，胶体超级球是独特的积木，因为它们的形状可以在球形和立方体之间平滑过渡。胶体超球在球形约束下的组装形成了具有有序内部结构的宏观团簇。利用小角X射线散射（SAXS），我们探测胶体超级球分散液滴在约束过程中的内部结构。我们观察并确定四个不同的干燥制度，通过蒸发液滴压缩过程中出现的，我们跟踪组装的宏观结构的发展。随着超级球的组装，我们发现它们排列成预测的准晶体，菱形C1晶格，该晶格因组成超级球的形状而异。这提供了对约束和颗粒形状之间的行为的见解，可以应用于新功能材料的开发。
2021-12-14 cond-mat.soft physics.app-ph
Confinement dynamics of a semiflexible chain inside nano-spheres
我们研究了半柔性链的构象，限制在纳米尺度的球形腔，在两个不同的过程中的限制。径向收缩和包装作为两个限制程序。前一种方法是通过逐渐减小包围受限链的球壳的直径来执行的。后一个过程是通过将链通过壳体表面上的孔注入到球形壳体内来进行的。链建模与刚体分子动力学模拟和它的参数调整到DNA碱基对弹性。采用方向序参量对受限链进行了分析和比较，并对两种不同尺寸球的受限链构象进行了研究。结果表明，对于我们研究的球体尺寸内的受限链，它们呈现螺旋或网球结构，并且在更紧凑的受限空间中更容易观察到网球结构。我们的结果还表明，动力学过程中的限制和限制率的球腔中的链的结构的影响参数。
2014-09-26 cond-mat.soft
Toroidal membrane vesicles in spherical confinement
我们研究了球形容器内环形流体膜囊泡的形态。在几何相图中组装的平衡形状的缩放面积和减少的膜的体积的函数。对于小面积的囊泡可以采用其自由形式。当增加面积时，膜不能避免接触并且沿着圆形接触线接触限制球，该圆形接触线延伸到更大面积的接触区。的平衡形状的弹性能量进行比较，他们的局限对应的球形拓扑结构，以预测在何种条件下的拓扑结构的变化是有利的大力。
2015-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Tuning cholesteric cellulose nanocrystal self-assembly in spherical confinement via salt and sonication
Utrecht University（乌得勒支大学）
通过盐和超声波调节球形限制中的CNC自组装动力学，揭示了非平衡自组装行为和结构色材料的编程方法。
2026-01-12 cond-mat.soft
Structures and dynamics of glass-forming colloidal liquids under spherical confinement
最近的理论预测，当一个过冷液体接近玻璃化转变，颗粒簇与一个特殊的“无定形秩序”的液体内成核，这导致静态相关性指示液体松弛的急剧放缓。然而，这一预测尚未在3D实验中得到验证。在这里，我们设计了一个胶体系统，其中颗粒被限制在球形空腔内，边界处钉扎着一层无定形颗粒。使用这个新的系统，我们捕获的无定形顺序的粒子团簇，并展示了静态相关的发展。此外，通过研究球形约束样品的动力学，我们揭示了静态相关性对胶体液体弛豫的深刻影响。在类比与随机钉扎粒子的玻璃形成液体，我们提出了一个简单的关系，为改变的构型熵的限制胶体液体，定量地解释了我们的实验结果，并说明了一个发散的静态长度尺度在胶体玻璃化转变。
2016-03-02 cond-mat.soft
Effect of Spherical Confinement on the 2-TIPS of Soft Repulsive Spherocylinders
Centre for Condensed Matter Theory, Department of Physics, Indian Institute of Science（印度科学学院凝聚态理论中心物理系）
研究球形约束下软排斥球柱体的双温度诱导相分离，发现锚定条件影响相分离行为，为二元混合物相分离提供新见解。
2026-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multiscale entanglement in ring polymers under spherical confinement
利用先进的数值方法研究了半柔性打结聚合物环中几何纠缠和拓扑纠缠的相互作用。通过使用严格的和强大的算法定位结，我们的特点是如何结长度lk取决于环的轮廓长度，Lc和半径的限制球，Rc。在没有和强约束的情况下，我们观察到弱结本地化和完全结离域，分别。我们表明，复杂的相互作用的lk，Lc和Rc无缝桥接这两个限制可以包含一个简单的缩放参数的基础上偏转理论。同样的论点被用来合理化的多尺度特性的纠缠，出现越来越多的限制。
2011-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Phase separation around heated colloid in bulk and under confinement
我们研究的非平衡粗化动力学的二元液体溶剂周围的胶体颗粒中存在的随时间变化的温度梯度后出现的温度淬火的适当涂覆的胶体表面。溶剂保持在其临界浓度，胶体固定在空间中。表面附近的粗化图案被示出强烈依赖于胶体表面吸附性质和温度演化。温度梯度改变了胶体表面附近的二元溶剂的形态相比，在恒定温度下进行的粗化无处不在。我们还提出了在薄膜与限制表面更喜欢一个物种的二元液体混合物的其他粗化的演变的结果。限制导致更快的相分离过程，并形成连接胶体和两个限制壁的桥。
2018-06-22 cond-mat.soft
An exact formalism to study the thermodynamic properties of hard-sphere systems under spherical confinement
本文提出了一种改进的巨正则系综，它为研究受限少体类流体非均匀系统提供了一种新的简单有效的方案。新的形式主义实施调查的硬球（HS）流体类系统的精确热力学性质，最多三个粒子被限制在一个球形空腔。此外，该系统的配分函数被用来分析的多HS系统的表面热力学性质，并推导出精确的曲率依赖的表面张力和吸附的密度的幂。得到了多- HS体系在固定硬球外的表面张力和吸附量的表达式。我们用这些结果来推导流体衬底托尔曼长度的依赖性，以一阶密度。
2014-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of spherical confinement and backbone stiffness on flexible polymer jamming
我们使用分子模拟研究在一个有限的容器中的一个皱巴巴的珠弹簧模型聚合物的干扰，并比较排斥球的干扰。在适当的约束计数后，刚性的开始被认为是均衡地发生在排斥球的情况下。尽管有这种共性，但弯曲容器壁和聚合物骨架键的存在引入了新的机械性能。值得注意的是，这些包括反映材料结构的振动态密度中的附加带，以及壁附近的局部接触数和密度中的振荡，但对于聚合物具有较低的振幅。聚合物具有较少的边界接触，并且这种低密度表面层强烈地降低了整体体积模量。我们进一步表明，体积模量依赖于骨干刚度可以描述的刚度系列模型，并讨论潜在的实验和生物学应用。
2019-05-30 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
Reverse segregation and self-organization in inclined chute flows of bidisperse granular mixtures
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Center for Computational Sciences and Engineering, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室计算科学与工程中心）；School of Math, Science, and Engineering, Central New Mexico Community College（新墨西哥中部社区学院数理工程学院）
研究倾斜渠道中双组分颗粒混合的反分离与自组织现象，通过模拟揭示直径比和质量分数对堆结构演化的影响。
2026-01-09 cond-mat.soft
Simple flexible polymers in a spherical cage
我们报告的结果蒙特卡罗模拟调查一个简单的模型内的灵活的均聚物的球形约束的效果。我们使用并行回火方法结合多直方图重新加权分析和多正则模拟，在很宽的温度范围内，这使我们能够描述的聚合物的行为，并定位冻结和崩溃转变的物理观测。我们发现一个强大的效果的球形约束的崩溃过渡的位置，而冻结过渡几乎没有影响。
2012-12-26 cond-mat.soft
Three dimensional contractile droplet under confinement
Istituto per le Applicazioni del Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会计算应用研究所）；INFN ”Tor Vergata”（意大利国家核物理研究所托尔维拉塔分部）；Roma Tre University（罗马三大）；Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia（意大利技术研究院基金会）；Harvard University（哈佛大学）
研究三维收缩液滴在本体和约束下的动力学，揭示活动性变化导致的多种形状和运动模式，由自发流与弹性相互作用驱动。
2026-03-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confinement free energy of flexible polyelectrolytes in spherical cavities
在显式溶剂模型下，利用自洽场论（SCFT）方法分析了中性球腔中弱电荷柔性链的运动。假设系统具有径向对称性，发现链的约束导致电荷密度波的产生，并在腔中心和表面之间产生电势差。我们发现溶剂熵在受限体系的自由能中起着重要的作用。对于一个给定的半径的球形腔和固定的电荷密度沿骨干的链，溶剂和小离子熵占主导地位的所有其他贡献时，链长很小。然而，随着链长的增加，链构象熵和聚合物-溶剂相互作用能也变得重要。我们的计算表明，由于静电相互作用的能量在自由能中起着次要的作用。此外，我们表明，球形约束下的总自由能是不广泛的单体的数量。一价盐的渗透压和平均活度系数的结果。我们表明，在一个回路水平的波动降低的自由能和修正的渗透压和平均活度系数的盐进行了讨论。有限的尺寸校正，以扩大波动分析的有效性范围。
2008-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer ejection from strong spherical confinement
我们研究了一个最初强烈限制的灵活的聚合物从一个球形衣壳通过纳米级孔喷射。我们使用分子动力学的空前高的初始单体密度。我们表明，一个单独的单体喷射的时间与喷射单体的数量呈指数增长。通过测量在孔的力，我们表明这种依赖性是一个后果的聚合物的过剩自由能，由于限制增长指数与最初的衣壳内的单体的数量。这种增长与Flory-Huggins理论中大浓度下混合能的发散密切相关。我们表明，驱动喷射的衣壳内的压力占主导地位的过程，其特征在于由喷射时间与不同聚合物的长度线性增长。等待时间曲线将表明，由计算机模拟得到的聚合物的超线性依赖性是由于聚合物的尾部最终从衣壳上缩回而产生的有限尺寸效应。
2015-12-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Flexoelectric fluid membrane vesicles in spherical confinement
对球形限制性弯电流体膜囊泡在外加均匀电场中的形态进行了数值研究。由于限制引起的变形，膜变得极化，导致与外部场的相互作用。在没有电场的情况下，囊泡的平衡形状可以在几何相图中分类为缩放面积和缩减体积的函数[1，2]。当膜的面积仅略大于限制球的面积时，出现单个轴对称内陷。非零电场诱导受限囊泡的额外伸长，其取决于电场参数的符号是垂直的或平行的。表面积或电场参数的较高值可降低系统的对称性，导致更复杂的折叠。我们提出了由此产生的形状，并表明，过渡线转移的存在下，一个电场。所获得的折叠模式可能是生物物理和技术应用的兴趣。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Grain size segregation during bedload transport on steep slopes
本文采用流体-离散元耦合模型，对推移质输移过程中的颗粒分离进行了数值研究。从一个小的球形颗粒在一个大颗粒床的顶部的初始沉积开始，床的分离动力学研究，因为它是由流体流动驱动的。专注于准静态的床的一部分，小颗粒被观察到作为一个层的厚度恒定，在时间上的速度常数和独立的小颗粒的数量分离。偏析速度与层底惯性数直接相关，并随粒度比线性增加。虽然宏观行为与小颗粒的浓度无关，但在连续模型框架内的分析（Thornton等人，2006年）表明，动力学是由局部浓度影响和惯性数强迫之间的平衡引起的。推导出连续模型的解析解，结果表明，扩散系数应具有与偏析通量相同的惯性数依赖性。在连续模型中实现偏析和扩散通量，结果表明，它们定量再现离散模拟。这些结果提高了对粒径分离动力学的理解，并代表了在湍流推移质输运的背景下，多分散颗粒流的放大过程中向前迈出的一步。
2019-09-17 cond-mat.soft physics.geo-ph
Binary icosahedral quasicrystals of hard spheres in spherical confinement
几何形状对粒子的局部和全局堆积的影响对于许多基础和应用研究主题都很重要，例如液体、晶体和玻璃的结构和稳定性。在这里，我们通过实验和模拟表明，在散装结晶成MgZn 2 Laves相的硬球状颗粒的二元混合物，自发地形成3D二十面体准晶在缓慢干燥的液滴。此外，70-80%的颗粒的局部对称性改变为MgCu 2 Laves相的对称性。这两个发现对于光子学应用是重要的。如果化学计量比偏离Laves相的化学计量比，我们的实验表明，MgZn 2的结晶几乎不受球形约束。我们的模拟表明，准晶形核远离球形边界，并沿五重对称结构。我们的研究结果不仅为三维准晶的成核和生长的粒子级研究开辟了道路，也为二元结晶的研究开辟了道路。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Segregation by membrane rigidity in flowing binary suspensions of elastic capsules
本文研究了在平面狭缝中受压力驱动流动的含有Neo-Hookean胶囊二元混合物的悬浮液在壁面法线方向上的空间偏析。二元混合物的两种组分具有不等的膜刚度。这个问题进行了数值研究，使用加速执行的边界积分法。各种参数的影响进行了研究，包括毛细管数，刚性比之间的两个物种，体积分数，约束比，和更多的软颗粒$X_f$在混合物中的数量分数。据观察，在纯物质的悬浮液中，刚性和柔性颗粒的平均壁法线位置是相当的。然而，在混合物中，发现刚性颗粒随着$X_f$的增加而越来越多地向壁移位，而发现软颗粒随着$X_f$的减少而越来越多地在中心线附近积聚。这种隔离的起源被追踪到的效果的数量分数$X_f$上的刚性和软颗粒在近壁区域的本地化-的概率逃逸的刚性颗粒从近壁区域的内部大大减少与增加$X_f$，而完全相反的趋势是观察到一个软颗粒与减少$X_f$。简单的模型研究涉及一个刚性和一个软粒子的异质对碰撞的机制解释了这一观察。这些研究中的关键结果是，刚性粒子经历了更大的横流位移比软粒子在非均匀碰撞。本文提出了一个统一的机制，它包括壁诱导的可变形粒子迁移和与异质和同质对碰撞相关的粒子通量。
2011-12-23 cond-mat.soft
Two-fluid model for locomotion under self-confinement
幽门螺杆菌通过侵入保护上皮细胞的粘液层引起人类胃溃疡。它通过化学改变粘液的流变特性从高粘度凝胶到低粘度溶液，在其中它可以自我推进。我们开发了一个双流体模型下自生约束的游泳过程。我们精确地解决了位于两个牛顿流体的球对称系统中的球形游泳者的流动和运动速度，该系统的边界随游泳者移动。我们还分别讨论了不动外部流体的特殊情况。在所有的情况下，我们都考虑了流场，它们的空间衰减，以及粘度比和限制程度对模型游泳者运动速度的影响。流动的空间衰减保持与单一流体中的运动相同的幂律衰减，但幅度减小。独立的假设选择来解释限制对游泳者施加的驱动的影响，其运动速度总是随着限制程度的增加而减小。我们的建模结果表明，一个低粘度区域的至少六倍的有效游泳者的大小需要导致游泳的速度类似于运动在一个无限的流体，对应于一个区域的大小以上$\approx 25~μ$ m的幽门螺杆菌。
2017-09-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Entropic organization of topologically modified ring polymers in spherical confinement
Indian Institute of Science Education and Research, Pune（印度科学教育研究所浦那分校）；Indian Institute of Science Education and Research, Berhampur（印度科学教育研究所布兰普尔分校）
研究通过引入拓扑修饰观察环状聚合物在球形约束中的自组织现象，发现单个环状聚合物中大环更靠近球壁，而多个环状聚合物时小环更靠近球壁，拓扑修饰影响聚合物的熵驱动组织。
2025-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Topological control of local electroneutrality in confined electrolytes
Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de México (U.N.A.M.)（可再生能源研究所，墨西哥国立自治大学）
该研究基于泊松-玻尔兹曼理论，揭示受限电解质中局部电中性的有限尺寸偏差遵循拓扑层级，发现带电纳米颗粒存在内部受限电荷反转，为评估非泊松-玻尔兹曼框架下的拓扑效应提供基准。
2026-07-30 cond-mat.soft
Nanospheres with Patches Arranged in Polyhedrons from Self-Assembly of Solution-State Diblock Copolymers under Spherical Confinement
本研究通过模拟退火技术探究球形纳米孔限域下两亲性二嵌段共聚物的自组装，获得多种补丁纳米球结构并构建相图，揭示了补丁排布的多面体规律及相互作用对结构的调控机制。
2023-12-19 cond-mat.soft
Influence of Rough and Smooth Walls on Macroscale Granular Segregation Patterns
大小双分散颗粒材料在一个球形的结晶器分离成两种不同的模式的三个带，要么小颗粒在赤道和大颗粒在两极或反之亦然，这取决于在结晶器的填充水平。在这里，我们使用离散元方法（DEM）模拟与支持定性实验，探索隔离模式上的隔离壁粗糙度的效果，建模的隔离壁作为一个紧密堆积的单层的固定颗粒导致粗糙的墙壁，或作为一个几何光滑的墙壁。尽管湍流壁仅在其外围与流动层接触，但壁面粗糙度的影响是深远的。光滑的壁倾向于一个小-大-小（SLS）带模式在极点-赤道-极点，但最高的填充分数;粗糙的壁倾向于一个大-小-大（LSL）带模式在所有，但最低的填充分数。这是因为光滑的壁诱导小颗粒的极向轴向漂移和大颗粒的赤道方向漂移，导致SLS带图案。另一方面，粗糙的壁导致两种尺寸的颗粒在流的表面处向极移动，但是由于径向偏析，小颗粒在流动层中渗透较低，在流动层中存在朝向赤道的返回漂移，而大颗粒留在极附近的表面处，导致LSL带图案。倾向于两个带模式中的任何一个取决于填充水平的岩石和岩石的边界壁的粗糙度。
2015-11-30 cond-mat.soft
Free Energy Landscape of Colloidal Clusters in Spherical Confinement
有限自组装系统的结构敏感地依赖于组成构件的数量。近年来研究表明，硬球胶体粒子在球形乳液液滴中表现出幻数效应。几何构造规则允许几十个幻数对应于一系列离散的完全填充的同心二十面体壳。在这里，我们调查的自由能景观的这些胶体集群作为一个功能的组成模块的系统大小高达几千个粒子的数量。我们发现，最小的自由能景观，所产生的填充，同心壳的存在下，显着扩大。与它们的原子类似物相比，球形限制中的胶体团簇可以通过在团簇中心有序化二十面体同时改变团簇表面附近的结构来灵活地容纳多余的胶体。在这些幻数区域之间，构建块不能排列成填充壳。相反，我们观察到，缺陷积累在一个单一的楔形，因此只影响少数四面体晶粒的集群。我们预测这个楔形的存在，通过模拟和确认它的存在，在实验中使用电子断层扫描。楔形的引入通过将缺陷限制在簇内的小区域来最小化自由能惩罚。此外，剩余的有序四面体晶粒可以通过破坏二十面体对称性来松弛内部应变。我们的研究结果表明，多种缺陷机制如何相互勾结，形成复杂的自由能景观硬球状胶体集群。
2021-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confinement-induced shape transitions in multilamellar vesicles
通过快速共聚焦激光显微镜实验和数值模拟的面积差弹性的动态三角形膜模型，探讨了局限在一个球形囊泡的囊泡形态。限制被发现诱导几个新的形状的内囊泡，这是从来没有观察到在单层囊泡：双和四口细胞，狭缝囊泡，和囊泡的两个或三个隔间与各种形状。模拟再现的实验结果非常好，一些形状的转变可以理解一个简单的理论模型的轴对称形状。
2013-09-13 cond-mat.soft
Entropic Trapping of Hard Spheres in Spherical Confinement
National Institute of Technology Warangal（瓦兰加尔国家理工学院）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
研究通过模拟硬球在球形约束中的自组装，揭示了大球因熵效应对晶格结构的捕获机制，发现大球迁移至晶格顶点并形成完美二十面体框架。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural Color Production in Melanin-based Disordered Colloidal Nanoparticle Assemblies in Spherical Confinement
黑色素是一种普遍存在的天然色素，具有宽带吸收和高折射率。尽管它广泛用于结构色的产生，但吸收材料黑色素如何影响所产生的颜色是未知的。采用结合分子动力学和时域有限差分计算方法，研究了单组分黑色素纳米粒子超组装体（称为超球）以及黑色素和二氧化硅（非吸收性）纳米粒子超球的二元混合物中结构色的产生.实验产生的单组分黑色素和单组分二氧化硅超球，具有使用中子散射的彻底表征的初级粒子特性，产生类似于计算模拟物的反射率曲线，证实了计算方法正确地模拟了自组装纳米粒子的吸收和多重散射。这些组合的方法表明，黑色素的宽带吸收增加了主反射峰波长，增加了饱和度，并降低了亮度因子。此外，纳米颗粒尺寸的分散性比填充分数更强烈地影响超球的光学性质，如通过当尺寸分散性随填充分数变化时产生更大范围的颜色所证明的。对于二元黑色素和二氧化硅超球，基于化学的分层允许比两种化学之间的混合/分层程度更多样化的颜色生成和更精细的饱和度调节。
2022-07-04 cond-mat.soft physics.optics
Ring and linear copolymer blends under confinement
研究了两种拓扑结构不同的二嵌段共聚物（CP）链，即，在两种非选择性底物的限制下，研究了相同分子量的线性（L）-CP和环（R）-CP形成的层状结构。研究了L-CP和R-CP之间从纯排斥态（{ \it分离态}）到弱吸引态（{ \it混合态}）的相互作用强度对膜的形貌、畴大小、链构象和链分布的影响。在分层状态下，集体结构因子$S(q)$显示出主峰的分裂，表明存在两个主导长度尺度。而在混合状态下只有一个主峰，因此是具有单畴尺寸的层状结构。我们发现，峰位置$q*$的$S(q)$可以改变与L/R相互作用的强度，从而允许一个控制域的大小，通过调整L/R相互作用的强度，而不改变链的大小。我们进一步表征的链的大小，并说明，这种域的大小变化是一个后果的L-CP的大小的变化。此外，对R/L-CP的平均瞬时形状的结果表明，它们的形状是非常不同的，无论是在本体和附近的衬底，和R-CP呈现扁圆形靠近衬底。这种形状/尺寸差异导致R-CP在聚合物-基材界面附近的分离，因此在界面处的R-CP密度相对较高。
2017-10-03 cond-mat.soft
Nucleation on a sphere: the roles of curvature, confinement and ensemble
通过结合蒙特卡罗模拟和分析模型，我们演示和解释如何气体到液体的相变胶体系统局限于一个球形表面取决于曲率和大小的表面，并在热力学系综的选择。我们发现，表面的几何形状影响的自由能分布的形状和临界核的大小，通过改变周长面积比的各向同性集群。限制到较小的球形表面导致较低的成核势垒和较小的临界核尺寸。此外，液体域不会在球体上无限增长。在巨正则系综中的液体密度的饱和和在正则系综中的气相的耗尽导致自由能分布中的最小值，自由能的急剧增加用于超过该最小值的额外增长。
2018-06-02 cond-mat.soft physics.comp-ph
Effect of confinement on dense packings of rigid frictionless spheres and polyhedra
我们数值研究的固体分数和结构上的三维随机紧密堆积（RCP）颗粒材料受重力约束的约束的影响。颗粒形状（球形或多面体），材料的多分散性和限制壁摩擦的影响，这种依赖性进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。此外，这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。配位数上的约束效应也被捕获的上述模型的扩展。
2012-12-10 cond-mat.other cond-mat.soft
A lattice Boltzmann study of particle settling in a fluctuating multicomponent fluid under confinement
我们提出了介尺度数值模拟的基础上耦合的波动格子玻尔兹曼方法（FLBM）的多组分系统与润湿有限尺寸颗粒模型。这种新的耦合方法被用来研究在一个固定的正方形截面的受限通道中的恒定体积力驱动的球形颗粒的运动。在热波动的作用下，通道充满两种液体的混合物。在没有波动的情况下经过一些验证步骤后，我们研究了在改变热能、施加的力、颗粒尺寸和颗粒润湿性时颗粒速度的波动。相对于平均沉降速度的波动的重要性进行定量评估，特别是在比较无约束的情况下。结果表明，约束的预期效果是非常好的捕获的数值模拟，其中的约束强烈地提高了速度波动的重要性，这可以是一个数量级大于预期的无约束域。所观察到的结果强调了所提出的方法的多功能性，在突出的约束的存在下的热波动的粒子的运动的影响。
2022-12-02 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamics of Self-Propelled Particles Under Strong Confinement
我们开发了一个统计理论的动态非对齐，非相互作用的自推进粒子限制在一个凸框在两个维度。我们发现，当盒子的大小是一个粒子的轨迹（强约束）的持久性长度相比，小，稳态密度是零的散装和成比例的局部曲率的边界。相反，该理论可用于构造在边界上产生任何所需密度分布的箱形。当曲率变化较小时，我们还预测了边界处的方向分布以及最近在球形盒子中的3D模拟中观察到的压力随盒子大小的指数衰减。
2014-02-23 cond-mat.soft
Breakdown of Magic Numbers in Spherical Confinement
本研究探究约束自组装形成的胶体团簇，发现小幻数团簇具封闭壳层与二十面体对称性，超过临界尺寸后封闭壳层消失、自由能最小值减弱，出现保留二十面体对称性的足球团簇，球堆积模型解释了幻数分解机制。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Simulating active agents under confinement with Dissipative Particles (hydro)Dynamics
本研究通过耗散粒子动力学模拟，考察了受限条件下活性粒子（球形胶体和聚合物）的流体动力学行为，发现圆柱形受限显著调节扩散和取向自相关，且流体动力学与受限共同影响聚合物的尺寸与扩散。
2025-10-10 cond-mat.soft
On the distribution and swim pressure of run-and-tumble particles in confinement
本文从理论上计算了非布朗运动的球形自由泳运动员在两平面硬壁之间的稀主动悬浮液中的空间和取向分布。使用动力学模型的基础上耦合散装/表面概率密度函数，我们证明了存在的浓度壁边界层与运行长度的厚度缩放，在整个通道的偏振的情况下，和存在尖锐的不连续性的散装取向分布在附近的取向平行于壁在近壁区域。我们的模型也适用于计算系统中的游泳压力，这接近以前提出的理想气体行为在宽通道，但被发现减少在狭窄的通道作为限制的结果。蒙特卡罗模拟也进行了验证，并显示出良好的定量与我们的理论预测。
2015-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spool-nematic ordering of dsDNA and dsRNA under confinement
研究双链DNA/RNA在受限空间中因局部解链形成扭结而呈现的线轴-向列混合有序结构，通过解析理论与数值模拟揭示了其在球形衣壳中的包装机制及非线性弹性的普遍性。
2024-10-11 cond-mat.soft
Statistical Mechanics of Two Hard Spheres in a Spherical Pore, Exact Analytic Results in D Dimension
本文致力于简单非均匀少体系统的精确统计力学处理。本文系统地分析了硬球孔中两个硬球（HS）系统的维数。的规范配分函数，和一个和两个身体的分布函数进行了分析评估和系统性能的迭代建设的计划。我们详细分析了高约束的效果，当粒子成为笼中，和低密度限制。其他限制的情况下也研究了分析和几个关系，两个HS在一个球形孔，两个粘HS在一个球形孔，和两个HS在一个球形表面配分函数跟踪。这些关系使限制笼和低密度行为有意义。转向系统的两个HS在一个球形孔隙，我们还解析地评估的压力张量。讨论了该体系的热力学性质。为了完成这一陈述，我们有意地集中在非均匀流体系统的总体特性上，而不是集中在少数物体系统的特性上。因此，我们分析了状态方程，壁面压力，和流体基底表面张力。研究了D维两个HS球约束系统的新结果对多个HS球约束系统的影响。本文对任意给定条件，得到了球孔中多HS开闭系统低密度极限性质的新的常系数。还讨论了围绕硬球（块状HS系统内部的空腔）的多HS的互补系统。
2009-09-01 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Raspberry model for protein-like particles: ellipsoids and confinement in cylindrical pores
通过原子模拟研究蛋白质的质量传输需要超出现代计算机系统的计算能力的时间和长度尺度。胶体粒子的树莓模型结合介观流体动力学方法的格子玻尔兹曼有利于粗粒度的模拟，是在微秒和数百纳米的数量级的蛋白质样胶体粒子的扩散运输的研究。乌藨子模型再现线性运动阻力与颗粒大小和正确的增强阻力圆柱形孔内偏心坐标的球形颗粒。由于许多蛋白质的高纵横比，椭圆形的树莓胶体颗粒的构建和复制的几何阻力因子的Perrin和Happel和Brenner在实验室框架和移动的身体框架。准确的身体框架旋转扩散运动期间已被捕获的第一次使用位移的投影。
2016-08-03 cond-mat.soft
Confined packings of frictionless spheres and polyhedra
通过数值模拟，研究了重力作用下约束对三维随机密排（RCP）颗粒材料的影响。颗粒形状（球形或多面体）和多分散性对这种依赖性的影响进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。上述模型被扩展到捕获的约束上的配位数的效果。
2013-07-22 cond-mat.other cond-mat.soft
