Microstructure of polydisperse colloidal gels
University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Emory University（埃默里大学）
研究通过共聚焦显微镜观察多分散胶体凝胶的微结构，发现颗粒尺寸分布影响凝胶的刚性和稳定性，较大颗粒在四面体结构中占比高，表明其在提供结构刚性方面的作用。
2025-12-18 cond-mat.soft
Shear Layers and Plugs in the Capillary Flow of Wormlike Micellar Gels
本文利用光学相干断层扫描测速技术研究蠕虫状胶束凝胶的管流动力学，发现强壁面滑移的柱塞流和非抛物线速度剖面，并将其解释为粘弹性瞬态流动中的流动诱导非均匀性。
2024-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Ultra-slow capillary rise on hydrogel surfaces
研究揭示了明胶凝胶表面出现的超慢毛细上升现象，提出基于多孔凝胶网络的新型模型，实现了对凝胶界面渗透性的高精度非侵入式估计，为生物医学应用提供支持。
2026-07-09 cond-mat.soft
Printing on particles: combining two-photon nanolithography and capillary assembly to fabricate multi-material microstructures
微米和纳米级的增材制造最近出现了热潮，以适应对更精细结构日益增长的需求。然而，在小尺度上集成和精确放置多种不同的材料仍然是一个挑战。为此，我们在这里结合胶体颗粒的定向毛细管组装和双光子直接激光写入（DLW），以实现一类新的多材料微结构。我们使用DLW来制造3D微模板以引导软胶体和硬胶体的毛细管组装，并将通过毛细管组装产生的聚苯乙烯或二氧化硅颗粒的明确排列连接起来，我们称之为“在颗粒上印刷”。打印过程基于自动颗粒识别算法，使用户能够使用商业光刻胶（IP-L或IP-PDMS）将胶体连接成一维和二维定制结构，包括不同对称性和组成的颗粒簇和晶格。一旦打印和显影，结构可以很容易地收获并重新分散在水中。我们方法的灵活性允许将各种材料组合成复杂的结构，我们设想这将促进广泛领域的新系统的实现，包括微机器人，微操作和超材料。
2022-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Glassy correlations and microstructures in randomly crosslinked homopolymer blends
我们考虑一个微观模型的聚合物共混物是倾向于相分离。永久性交联是在随机选择的单体对之间引入的，这些单体来自Deam-Edwards分布。因此，不仅密度而且熔体的浓度波动在凝胶状态下被猝灭，这在充分交联时出现。我们推导了凝胶化和相分离的序参量的朗道展开式，并在平均场水平上进行了分析，包括高斯涨落。混合凝胶的特征在于热以及时间持久性（玻璃态）的浓度波动。前者与制备状态无关，后者则反映了交联瞬间的浓度波动，只要网格尺寸小于相分离的相关长度。当降低凝胶相中的温度时，混合的凝胶变得不稳定而发生微相分离。而微相分离的长度尺度是由网孔尺寸给出的，至少接近过渡，新兴的微观结构取决于熔体的组成和可压缩性。具有独特波长的异质结构以及层状或随机结构在能量上是有利的。
2005-09-27 cond-mat.soft
Revealing the microstructure of sodium-montmorillonite aqueous suspensions
几何非等轴（2D）钠-蒙脱石（Na-Mt）颗粒的水悬浮液在非常低的固体浓度下显示溶胶-凝胶转变。自欧文·朗缪尔（Irving Langmuir）以来，凝胶的潜在微观结构一直是争论的焦点。一个现场调查涵盖的长度尺度远大于单个颗粒需要提供支持的两个模型中提出的文献中的一个：1）一个由血小板之间的静电吸引力，和2）一个堵塞的悬浮液稳定的颗粒之间的排斥静电力。我们解决这一争论，通过全面探测的微观结构的Na-Mt悬浮液使用超小角中子/X射线散射，发现它是有序的，并包含至少一个数量级大于单个粒子的实体。互补的冷冻电子显微镜显示具有较强的粒子-粒子有序和区域的粒子-粒子聚集域的存在。这些数据表明：1）存在非对称域，这反驳了纯粹的吸引性质; 2）粒子的组装，这反驳了纯粹的排斥性质。Na-Mt凝胶似乎具有吸引域和排斥域的混合微结构。
2022-04-04 cond-mat.soft
Capillary fracture of soft gels
停留在软凝胶基底上的液滴可以使该基底变形至材料失效点，由此在凝胶表面上产生裂缝，该裂缝以星爆图案从接触线向外传播。在本文中，我们表征i）的引发过程中，在星爆中的臂数是由表面张力的比例控制的凝胶的弹性模量和ii）的传播动力学表明，一旦骨折开始，他们传播的通用幂律$L\propto t^{3/4}$。我们开发了一个裂纹萌生的模型，通过处理凝胶作为一个线性弹性固体和计算从液体/固体润湿力的基板内的变形。弹性的解决方案表明，润湿力的位置和大小是至关重要的，在提供一个定量预测的裂缝的数量，因此，解释毛细裂缝的开始。该解决方案还表明，凝胶的深度是断裂过程中的一个重要因素，因为它可以帮助减轻大的表面牵引力;实验证实了这一发现。然后，我们开发了一个模型，考虑到运输的无粘流体到一个不可压缩材料的断裂尖端裂纹扩展，并发现一个简单的能量守恒的论点可以解释所观察到的材料无关的幂律。我们比较预测线弹性和新胡克固体发现，后者更好地解释了所观察到的指数。
2013-10-16 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Effect of electrolyte on the microstructure and yielding of aqueous dispersions of colloidal clay
钠蒙脱石是一种天然粘土矿物，在自然界中含量丰富。这种矿物的带电和各向异性的血小板的水分散体表现出非遍历动力学逮捕状态，从软玻璃相为主的粒子间排斥盐诱导的吸引力相互作用稳定的胶体凝胶。当分散介质中的盐浓度系统地变化时，分散体的粘弹性和屈服应力在临界盐浓度下表现出非单调行为，从而表明分散体微观结构的形态变化。我们使用低温扫描电子显微镜直接可视化这些动力学停滞相的微观结构。我们观察到存在的蜂窝状网络形态的盐浓度范围很广。过渡的凝胶形态，占主导地位的重叠硬币（OC）和卡（HoC）协会的粘土颗粒在低盐浓度的一个新的网络结构占主导地位的面对面凝聚的血小板，观察整个临界盐浓度。我们进一步评估这些凝胶在重力下使用电声的稳定性。这项研究，进行了浓缩粘土分散体的外部添加的盐的浓度范围很宽，是有用的，在我们的许多地球物理现象，涉及盐引起的天然粘土矿物的聚集的理解。
2015-07-10 cond-mat.soft
Correlating microscopic viscoelasticity and structure of an aging colloidal gel using active microrheology and cryogenic scanning electron microscopy
光镊（Optical Tweezers，OTs）可以探测作用在介质中的胶体粒子上的皮牛顿力，并已成功地用于研究具有内部结构的复杂系统。随着颗粒之间的静电相互作用在物理老化过程中逐渐演变，水性介质中的锂皂石粘土颗粒随时间自组装以形成微观网络。我们调查的强制运动的光学捕获的微米大小的胶体探针颗粒，悬浮在老化的锂皂石悬浮液，作为基础的锂皂石微观结构逐渐发展。我们基于OT的振荡活性微观流变学实验使我们能够研究浓度范围为2.5%w/v至3.0%w/v的老化含水粘土悬浮液中不断变化的微观结构的机械响应，并在90分钟至150分钟之间的几个老化时间。我们重复这样的振荡测量的范围内的胶体探针粒径和调查的老化悬浮液的微观流变学的探针尺寸的影响。使用低温场发射扫描电子显微镜（cryo-FESEM），我们检查的平均孔隙面积的Laponite悬浮液微观结构的各种样品浓度和老化时间。通过结合我们的OT和低温FESEM数据，我们在这里报告的第一次，尽我们所知，交叉模量和平均孔径的老化悬浮液微结构的不同悬浮液浓度和探针粒径在这里研究的负相关性。
2023-03-13 cond-mat.soft
Vibrations of Sessile Drops of Soft Hydrogels
软水凝胶的固着液滴通过使它们经受机械诱导的高斯白噪声而垂直振动。的凝胶的表面波动的功率谱允许识别其共振频率，降低与他们的质量，但增加与其剪切模量。剪切模量范围为55 Pa至290 Pa的凝胶的球形模式的主共振频率最接近于一滴纯水的最低瑞利振动模式。这些观察结果加上共振频率在所有情况下与质量的平方根成反比的事实表明，它们主要对应于液滴振动的毛细管（或伪毛细管）模式。凝胶液滴的接触角也随凝胶模量的增加而增加。当共振频率根据润湿角进行校正，并相对于基频标度（γ/μ）^0.5作图时，所有数据都很好地折叠在一个图上，只要后者被剪切模量相关因子（1+ μ L/γ）移动。从这样的拟合中出现与液滴的模量和质量无关的长度尺度L。
2014-10-08 cond-mat.soft
Visualizing shear-induced structures in carbon black gels by tomo-rheoscopy
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（ENS-Lyon, 法国国家科学研究中心, 物理实验室）；Department of Materials, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系）；Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, UMR5306（里昂第一大学, 法国国家科学研究中心, 光物质研究所）；Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut（瑞士光源, 保罗谢尔研究所）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；International Research Laboratory, French American Center for Theoretical Science, CNRS, KITP, Santa Barbara（国际研究实验室, 法美理论科学中心, 法国国家科学研究中心, 加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）
研究通过tomo-rheoscopy揭示碳黑凝胶在剪切历史影响下的微观结构异质性，发现弹性质与剪切强度非单调相关，展示流变记忆不仅由局部粒子重排决定，还涉及宏观结构组织。
2026-03-17 cond-mat.soft
Restructuring and aging in a capillary suspension
毛细管悬浮液的流变特性，悬浮液与少量的添加的不混溶流体，显着改变与添加的第二流体。我们调查的毛细悬浮液，以确定如何在休息和施加外部剪切变形的网络的年龄和重组。本工作使用碳酸钙悬浮在硅油（11%固体）中，加入水作为模型系统。毛细管悬浮液的老化和它们对施加的振荡剪切的响应明显不同于由范德华力主导的颗粒凝胶。由毛细管力主导的悬浮液对振荡流非常敏感，线性粘弹性状态在仅0.1%的变形处结束，并表现出幂律老化行为。这种老化在低变形下持续很长时间，或者在较高变形下持续较短时间，同时强度突然降低。这种老化行为表明，网络能够重新排列，甚至破裂。这种相同的敏感性在剪切流中没有得到证实，其中需要非常高的剪切速率来破裂团聚体，使毛细管悬浮液的表观粘度返回到与纯vdW悬浮液相同的粘度。一个过渡区也存在于中间的水含量，其中的材料响应非常强烈地依赖于外部强迫的类型，强度和持续时间。
2014-10-16 cond-mat.soft
Bacterial Footprints in Elastic Pillared Microstructures
已知用微柱阵列装饰的软基底由于毛细作用而对偏转敏感。在这项工作中，我们证明微柱环氧树脂表面是敏感的单滴细菌悬浮液。微柱在蒸发时可以显示出显著的变形，就像在软基底中的毛细作用一样。用五种细菌菌株S. epidermidis，L. sakei、铜绿假单胞菌（P.aeruginosa）、E.杆菌和枯草枯草杆菌。结果表明，只有含有鞭毛的能动微生物的液滴刺激微柱弯曲，这导致显着的扭曲和柱聚集形成二聚体，三聚体和更高阶的集群。这种变形表现在蒸发后留在微阵列表面上的特征图案中，并且甚至可以通过肉眼容易地识别。我们的研究结果可以为设计和制造对特定类型微生物敏感的机械响应基底奠定基础。
2019-09-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermo-Rheological Memory of $κ$-Carrageenan Fluid Gels Formed Under Flow
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Nestlé Research（雀巢研发中心）
研究揭示了κ-卡拉胶流体凝胶在流动下的流变记忆现象，通过流变学和共聚焦显微镜分析，发现剪切与粒子间粘附的竞争作用，建立了调控流体凝胶性质的新框架。
2026-03-17 cond-mat.soft
Shear induced tuning and memory effects in colloidal gels of rods and spheres
剪切历史在确定胶体凝胶的线性和非线性流变响应中起着重要作用，并且可以用于调整其结构和流动性质。胶体颗粒纵横比的增加降低了临界体积分数的凝胶化由于颗粒排除体积的增加。使用流变学和共聚焦显微镜的组合，我们调查的稳定和振荡的预剪切历史上的结构和流变性的胶体凝胶形成的二氧化硅球和杆的长度L和直径D（L/D = 10）分散在11 M氯化铯溶液的效果。我们使用无量纲梅森数Mn（= F_visc./ F_attr.）比较稳定和振荡预剪切对凝胶粘弹性的影响。我们发现，在中间锰预剪切后，有吸引力的球凝胶表现出加强，而有吸引力的棒凝胶表现出减弱。有吸引力的棒的凝胶的流变成像表明，在中间Mn，振荡预剪切诱导大的紧凑的棒簇的凝胶微结构中，相比稳定的预剪切。我们的研究突出了颗粒形状对流动和剪切停止后的粘弹性下的凝胶结构的影响。
2022-07-11 cond-mat.soft
Probing Large Deformation and Fracture Behavior of Physically Assembled Gel System by Varying Polymer Concentration
物理组装凝胶由于其可调的力学性能在许多领域有着广阔的应用前景。在这里，我们报告的物理凝胶体系的物理性质作为一个函数的聚合物体积分数（$ϕ$）由聚（苯乙烯）-聚（异戊二烯）-聚（苯乙烯）[PS-PI-PS]在矿物油。PI嵌段分子量高于缠结分子量，这导致PI嵌段在较高的$ϕ$下缠结。所有凝胶的胶束微观结构导致类似的应力松弛机制，如应力松弛结果的叠加所捕获的。拉伸实验表明，缠结凝胶的应变率依赖性的机械响应。为了捕获的临界能量释放率（$Γ_0$）的范围内的$ϕ$，空化流变和断裂实验进行，我们得到$Γ_0\simϕ^{2.0}$。凝胶模量与体积分数的比例为$ϕ^{2.39}$，其中指数可能由环-桥分数随$ϕ$增加的变化决定。
2020-03-29 cond-mat.soft
To roll or not to roll(?) is the yield stress (in soft particulate gels)
本研究通过粗粒化模拟发现，软颗粒凝胶中屈服应力的产生不仅源于吸引相互作用和聚集，更关键在于键合颗粒间相对旋转运动的微观约束，为该材料的工程应用提供了微观力学新见解。
2025-03-21 cond-mat.soft
Interpenetration of fractal clusters drives elasticity in colloidal gels formed upon flow cessation
胶体凝胶是由具有吸引力的布朗粒子组成的非平衡软固体，这些粒子在低体积分数下形成跨越空间的网络。这些系统的弹性性质是由网络微观结构引起的，它对剪切历史非常敏感。在这里，我们利用这种敏感性来调整由炭黑纳米颗粒制成的胶体凝胶的粘弹性。从施加的剪切速率$\dot γ_0$下的流化状态开始，我们使用突然的流动停止来触发液体到固体的转变。我们观察到，当剪切速率$\dot γ_0$较低时，所得凝胶更有弹性，并且粘弹性谱可以绘制在主曲线上。此外，耦合流变小角X-射线散射，使我们能够表明，凝胶的微观结构是不同的凝胶仅通过热搅拌，其中只有两个长度尺度观察到：胶体的尺寸和分形聚集体的尺寸。剪切和热能之间的竞争导致具有三个特征长度尺度的凝胶。这样的凝胶结构在一个分形簇相互渗透的扩展网络中。用不同的剪切历史制备的凝胶实验表明，簇互穿增加与流动停止前施加的剪切速率$\dot γ_0$的值减小。这些观察结果强烈表明，簇互穿驱动的凝胶弹性，我们确认使用的结构模型。我们的研究结果，这是在与以前的文献中，凝胶弹性要么连接到集群连接或弯曲模式形成鲜明对比，突出了一个新的局部参数控制胶体凝胶的宏观粘弹性。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Transport in polymer-gel composites: Theoretical methodology and response to an electric field
本文提出了电迁移、扩散和对流传输聚合物-凝胶复合材料的理论模型。体属性来自标准电动力学模型与嵌入在电解质饱和Brinkman介质中的不可穿透的带电球体。由于微结构可以仔细控制，这些材料是有前途的候选人，增强凝胶电泳，化学传感，药物输送和微流体泵送技术。该方法为静电势、浓度和压力梯度引起平衡扰动的情况提供了“精确”解决办法。虽然夹杂物的体积分数应该很小，但麦克斯韦著名的传导理论表明，该理论在中等体积分数下也可能是准确的。在这项工作中，该模型被用来计算离子通量，电流密度和对流引起的外加电场。电场诱导（电渗透）流是一个敏感的指标，包括zeta电位和大小，电解质浓度，达西渗透性的凝胶，而电导率增量是最经常独立的聚合物凝胶，是不太敏感的颗粒和电解质的特性。
2006-01-13 cond-mat.soft
Surface Folding Induced Attraction and Motion of Particles in a Soft Elastic Gel: Cooperative Effects of Surface Tension, Elasticity and Gravity
我们报告，第一次，一些实验观察到的一种新的类型的刚性粒子之间的长程相互作用，普遍存在时，他们被悬浮在一个软弹性凝胶。密度更大的颗粒会在凝胶内部浸入相当深的深度，并通过平衡其重量与周围介质施加的弹力而变得有浮力。由于大的弹性毛细管长度，凝胶的表面包裹颗粒并闭合以产生将颗粒连接到凝胶的自由表面的线奇点。因此，在平行于自由表面的凝胶网络中产生大量的拉伸应变，其渗透到凝胶内部的显著深度。这种拉伸应变的场是相当长的范围，由于一个大的相关长度和强大到足以拉动两个淹没的粒子接触。粒子以有效力朝向彼此移动，遵循线性距离反比定律。当更多的单体或二聚体的颗粒被释放到凝胶内部时，它们在胶囊内部自由取向，并相互吸引形成紧密堆积的簇。最终，这些星系团相互作用并合并。这是一种突现现象，其中重力、毛细作用和弹性协同工作以产生长距离相互作用。我们还提出了一个相关的实验结果，其中一个颗粒悬浮在一个厚度梯度凝胶移动伴随着连续折叠和松弛的凝胶表面。
2014-01-28 cond-mat.soft
Effect of hydrogel particle additives on water-accessible pore structure of sandy soils: A custom pressure plate apparatus and capillary bundle model
为了探索水凝胶颗粒添加剂对砂土的水可及孔隙结构的影响，我们介绍了一种自定义的压力板方法，其中从湿颗粒填料排出的水的体积作为施加压力的函数进行测量。使用毛细管束模型，我们表明，在保留水每压力增量的差异变化是直接相关的累积横截面积分布$f(r)$的水可访问的孔隙半径小于$r$。这是通过测量从由2 mm直径玻璃珠组成的模型砂土中排出的水来验证的。特别是，排出的水被发现显着地依赖于样品的高度和使用毛细管束模型的分析给出了相同的孔径分布的所有样品。发现该分布近似为对数正态分布，并且发现可进入孔隙空间的总横截面积分数为$f_0=0.34$。然后，我们报告的孔隙分布和总的水可及面积分数的影响，由高吸水性水凝胶颗粒添加剂，均匀地混合到一个固定高度的样品在不同的浓度。在固定体积和自由溶胀条件下，填料中水可进入孔隙的总面积分数随着凝胶浓度的增加呈指数下降。孔的尺寸分布被溶胀的水凝胶颗粒显著改变，使得大孔被堵塞，同时形成小孔。
2013-04-30 cond-mat.soft
Capillary micromechanics: Measuring the elasticity of microscopic soft objects
我们提出了一个简单的方法来访问微观可变形颗粒的弹性性能。这种方法是基于测量软颗粒的压力引起的变形，因为它们被迫通过锥形玻璃微毛细管。它使我们能够在一个单一的实验中确定的压缩和剪切模量的变形对象。聚丙烯酰胺微凝胶颗粒的模型系统上的测量表现出良好的一致性，与相同组成的散装凝胶的测量。我们的方法适用于广泛的机械性能，因此应该是一个有价值的工具，用于表征各种软和生物材料。
2012-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Coupled elasticity in soft solid foams
软材料的弹性会受到气泡存在的极大影响。从聚合物凝胶到浓缩乳液和胶体悬浮液，这种毛细管效应被广泛应用于各种材料。虽然实验结果和理论存在用于描述泡沫材料的弹性毛细行为（即具有中等气体体积分数），泡沫系统仍然需要专门的研究，以增加我们对充气材料在整个气体体积分数范围内的弹性的理解。在这里，我们阐述了控制良好的泡沫与浓缩的乳液，我们测量其剪切弹性模量作为一个功能的气体分数，气泡的大小和弹性模量的乳液。这种复杂的泡沫具有气泡组件和间隙基质的弹性特征。此外，它们的弹性模量示出由两个参数，即气体体积分数和弹性毛细数，定义为与气泡毛细压力的乳液模量的比率。我们连接我们的泡沫与现有的数据泡系统的结果，我们提供了一个一般的看法，在软弹性介质中的气泡的效果。最后，我们建议，我们的研究结果可能是有用的，用于估计的剪切模量的水性泡沫和乳液的多峰尺寸分布。
2017-04-10 cond-mat.soft
Converting water adsorption and capillary condensation in useable forces with simple porous inorganic thin films
本文报道了一种基于Bangham效应的新型湿度驱动概念，采用简单的纳米多孔溶胶-凝胶二氧化硅薄膜作为湿度响应材料。双层形状的致动器，由沉积在聚合物衬底（Kapton）上的湿敏活性纳米结构的二氧化硅膜组成，被证明是一种原始的手段，以转换水分子吸附和毛细冷凝在可用的机械工作。通过水吸附的可逆二氧化硅表面能改性和由刚性二氧化硅膜收缩产生的能量，由水在中孔中的毛细管冷凝引起，被精细地控制并用作能量来源。的膜的纳米结构（微孔性，中孔性）和厚度，和聚合物载体的厚度，上的驱动力，上的移动速度，和位移的振幅的影响被清楚地证明和讨论。我们表明，这种基于二氧化硅的致动器的全局机械响应可以很容易地调整，以制造一个湿度变化触发量身定制的致动系统。硬陶瓷刺激响应材料的这一首次发现可能会为新一代表面化学驱动致动系统打开大门。
2017-07-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Shape anisotropy enhances the elasticity of colloidal gels through mechanisms that act multiplicatively
胶体的物理凝胶化产生弹性结构，其通常用于稳定多个行业中的复杂流体。然而，控制这些材料的弹性模量水平的能力受到控制其形成的被捕集的旋节线分解机制的普遍性的限制。我们表明，操纵颗粒形状可以产生非常大的变化，凝胶弹性相对于这种普遍的行为，这些变化是由一组独立的机制，作用倍增。建模表明，这种有效的产生的弹性是形状各向异性的凝胶网络的分层分形微观结构，有吸引力的粒子间对电位的各向异性，和体积的分形簇的紧凑性的综合影响的结果。研究结果表明，如何以及为什么可以利用颗粒各向异性产生弹性在超低胶体体积分数在这一类重要的软物质。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Capillary-lubrication force exerted on a 2D particle moving towards a fluid interface
该研究分析了刚性圆柱体在两种不相溶粘性流体界面附近法向运动产生的毛细-润滑力，发现其由类粘附力和类惯性力两部分组成，对胶体迁移和微生物运动有启示。
2023-06-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
From suspensions to porous multilayers: microstructure formation and particle packing in drying colloidal films
Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (IET-2), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心埃尔朗根-纽伦堡亥姆霍兹可再生能源研究所（IET-2））；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本研究通过数值模拟结合理论模型，揭示胶体薄膜干燥时颗粒间相互作用决定最终多孔结构，为定制功能层提供指导。
2026-08-17 cond-mat.soft
Shear-induced memory effects in boehmite gels
本研究发现酸诱导勃姆石凝胶存在临界剪切速率，高于该速率剪切活化后形成类凝胶弱凝胶，低于则形成类玻璃强凝胶，且两类凝胶屈服应变特性不同，可用梅森数解释临界剪切速率的物理本质。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Dewetting Fingering Instability in Capillary Suspensions: Role of Particles and Liquid Bridges
该研究借助透明提升式 Hele-Shaw 池和高速成像，揭示微米颗粒、纳米颗粒及次级液体对毛细悬浮液拉伸去润湿指状不稳定性的不同调控作用。
2025-02-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hierarchical materials with interconnected pores from capillary suspensions for bone tissue engineering
本文将毛细管悬浮液与冷冻浇注结合，制备孔径跨尺度、开放且高孔隙率的氧化铝和β-TCP层级多孔支架，并通过流变分析揭示次级流体与固相亲和性的影响。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Particle contact dynamics as the origin for non-integer power expansion rheology in attractive suspension networks
我们表明，赫兹粒子接触的潜在原因，尚未解释的非整数幂律在弱非线性流变学。在中等振幅振荡剪切（MAOS）区域中，首阶非线性剪切应力（$σ_\mathrm{3} \sim γ_\mathrm{0}^{m_\mathrm{3}}$，$m_\mathrm{3}=3$）的立方标度是标准期望。扩展Natalia等人的工作[J. Rheol. 64 625-635（2020）]，我们报告了一个广泛的数据集的非立方，非整数幂律缩放$m_\mathrm{3}$颗粒悬浮液在两个不混溶的流体与毛细吸引力的相互作用，称为毛细悬浮液。在这里，我们发现不同的幂律指数的存储和损耗模量和这些非整数缩放发生在每个二次流体浓度为两个不同的接触角。这些令人信服的结果表明，非整数标度相关的毛细悬浮液的微观结构。我们表明，第三谐波弹性应力缩放$m_\mathrm{3,elastic}$的大小源自赫兹类接触结合吸引力的毛细作用力。相关的第三谐波粘性应力缩放$m_\mathrm{3,viscous}$，发现与粘合剂控制的摩擦。这些意见，进行了广泛的组合物，可以帮助解释以前的报告，涉及颗粒接触的材料的非整数缩放，并提供了一个新的机会，使用可变的幂律指数的MAOS流变学揭示的物理颗粒债券和摩擦的流变响应下，而不是在非常高的剪切速率低变形。
2021-11-12 cond-mat.soft
Soft core fluid in a quenched matrix of soft core particles: A mobile mixture in a model gel
我们提出了一个二元相分离的混合物的软核颗粒浸没在一个随机矩阵淬火软核颗粒的较大尺寸的密度泛函研究。这是一个浸入交联刚性聚合物网络中的二元聚合物混合物模型。使用副本'技巧'淬火退火的混合物，我们推导出一个明确的密度泛函理论，对待淬火物种的水平上，其单体密度分布。一组有效的外部电位作用于退火组件的关系进行了讨论。我们与基体诱导的凝聚在散装的行为的混合物周围的一个单一的大颗粒。在淬火矩阵的表面处的二元混合物的界面性质显示在本体矩阵内部的毛细冷凝和在矩阵表面处的润湿现象之间的丰富的相互作用。
2005-12-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Imprinting Macroscopic Fracture during Gelation: A Mechanism for Tuning Colloidal Gels
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（法国国家科学研究中心物理实验室）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
研究发现非线性剪切可永久改变胶体凝胶的粘弹性质，通过印刻宏观裂纹模式调节其性能。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A model colloidal gel for coordinated measurements of force, structure, and rheology
我们介绍了一个模型凝胶系统，其中胶体的力量，结构和流变学测量的流变学和显微镜技术与光镊的平衡的要求。空间稳定的聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）胶体悬浮在环己烷（CH）和环己基溴（CHB）与稀释的聚苯乙烯作为消耗剂。包含37%重量分数CH的溶剂提供足够的折射率对比度以实现光学捕获，同时保持良好的共焦成像质量和对本体流变学的最小沉降效应。在此条件下，在耗尽剂浓度c = 8.64 mg/mL（c/c* = 0.81）时，光阱结果显示50%的键在3.3 pN时断裂。相应凝胶（体积分数= 0.20）的线性应变依赖弹性模量为G' = 1.8Pa，并且凝胶结构中颗粒的平均接触数为5.4。这些结构和流变参数类似于弱聚集和簇状的胶体凝胶。因此，模型凝胶产生的颗粒间的力，微观结构，和体积流变学在一个单一的实验系统中的伴随表征，从而引入这些实验措施的模型和模拟的同时比较。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Normal force controlled rheology applied to agar gelation
通过将热聚合物水溶液冷却至环境温度来制备宽范围的热可逆凝胶。在溶胶-凝胶转变过程中，这种材料可能会经历体积收缩，这在传统上被忽视，因为流变学测量通常在恒定体积的几何形状中进行。在这篇文章中，我们重新形成的1.5wt.琼脂凝胶通过一系列的基准流变学实验进行了板-板几何。我们证明，特定的凝胶多糖的收缩与溶胶/凝胶转变不能被忽略。实际上，在凝胶化过程中施加恒定的间隙宽度导致样品的应变硬化，如所产生的大的负法向力所证明的。这样的硬化导致凝胶弹性模量$G'$在时间上缓慢地向更大的值漂移，并因此导致$G'$的错误估计。作为替代方案，我们表明，施加恒定的法向力等于零的凝胶化过程中，而不是一个恒定的间隙宽度，抑制硬化的间隙补偿样品收缩的减少。使用法向力控制的流变学，然后研究热历史对1.5\ % wt.琼脂凝胶我们表明，无论是冷却速率的值，也不是在冷却过程中引入一个恒定的温度阶段的影响凝胶的弹性性能。相反，$G'$仅取决于在冷却斜坡结束时达到的终端温度，如通过冷冻电子显微镜对凝胶微观结构的直接成像所证实的。目前的工作提供了一个广泛的审查与水凝胶的流变学的技术难点，并铺平了道路，系统地使用法向力控制流变监测非等容过程。
2016-02-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Influence of the Degree of Heterogeneity on the Elastic Properties of Random Sphere Packings
胶体颗粒凝胶的宏观力学性能强烈地依赖于粉末颗粒的局部排列。实验表明，在相同的体积分数下，更多的异质微结构表现出比它们更均匀的对应物高一个数量级的弹性性能。在本文中，填充的球形颗粒被用作模型结构计算研究的弹性性能的凝结颗粒凝胶作为其程度的非均匀性的函数。离散单元模型包括线弹性接触定律、颗粒粘结和阻尼。模拟参数进行了校准，使用一个均匀的和异质的微观结构起源于早期的布朗动力学模拟。作为非均匀性程度的函数的弹性性能进行了系统的研究，使用两组从布朗动力学模拟和从空隙膨胀法获得的微观结构。这两组数据涵盖的异质性程度范围很广，而且在很大程度上相互重叠。模拟结果表明，作为非均匀性程度的函数的弹性性质与结构生成算法无关，并且剪切模量与非均匀性程度之间的关系可以很好地用幂律来描述。这表明存在一个临界程度的不均匀性，因此，一个相变之间的相位与有限和一个零弹性性能。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Characterizing hydrogel behavior under compression with gel-freezing osmometry
本研究开发凝胶冻结渗透压法（GelFrO），仅用微量样品测量水凝胶在宽含水量范围内的压缩力学响应与渗透压，发现幂律行为并关联分形结构，提出更新本构模型。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interface Induced Anisotropy and nematic glass/gel state in Jammed Aqueous Laponite Suspensions
Laponite的水悬浮液，由盘状纳米颗粒组成的系统，被发现在几天内产生光学双折射，在悬浮液由于堵塞而固化之后很久。光学各向异性是特别增强的空气Laponite悬浮液界面附近的几毫米的长度尺度，这是超过五个数量级大于颗粒的长度尺度，暗示大规模订购的界面的影响。取向顺序随时间而增加，并且对于较高的盐浓度、较高的锂皂石浓度和较高的悬浮液温度总是更大。虽然弱双折射，Laponite悬浮液覆盖的石蜡油不显示任何增强的光学各向异性的界面附近相比，在散装。我们认为，加速结构形成的空气界面附近的样品内逐步传播是负责所观察到的行为。我们讨论了所观察到的玻璃状和凝胶状的微观结构与水Laponite悬浮液的上下文中的有序。
2012-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Versatile Capillary Cells for Handling Concentrated Samples in Analytical Ultracentrifugation
本文提出一种新型多功能毛细管样品池设计，用于分析超速离心处理高浓度样品，通过直接在底部窗口制造液体储液池，实现高成功率、可调光程，并成功应用于多种浓缩体系研究。
2024-03-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Computer Simulation of Gel Formation in Colloidal Systems of Sticky Rods
本研究开发了用于模拟黏性圆柱体胶体凝胶形成的计算框架，通过拓扑数据分析方法分析了凝胶结构，并与实验数据进行比较，展示了方法的潜力。
2025-11-21 cond-mat.soft physics.comp-ph
Surfactant micelles: model systems for flow instabilities of complex fluids
复杂流体如乳液、胶体凝胶、聚合物或表面活性剂溶液的特征都在于存在“微观结构”，其可以在实验中容易探测的时间尺度上耦合到外部流动。流动和微观结构之间的这种耦合通常导致在对应于极小雷诺数的相对弱剪切流下的不稳定性。蠕虫状胶束表面活性剂的解决方案出现的模型系统，研究两个例子，这种不稳定性，即剪切带和弹性不稳定性。专注于一个semidilute样品，我们表明，二维超快超声成像允许彻底调查不稳定的剪切带胶束流。在稳定状态下，径向和方位角速度分量恢复和揭示了原来的结构内的弹性不稳定的高剪切速率带的旋涡流。此外，由于前所未有的高达20，000 fps的帧速率，可以解决瞬态和快速动态问题，这为更好地理解弹性湍流铺平了道路。
2013-07-20 cond-mat.soft
Phase Behavior of Aqueous Suspension of Laponite: New Insights with Microscopic Evidence
研究具有共享复杂相互作用的各向异性形状的颗粒的悬浮液的微观结构是一项具有挑战性的任务，导致相互竞争的权利要求。这项工作研究了这样一个系统的相行为：Laponite水悬浮液，这是在文献中高度争议，使用流变学和微观工具。值得注意的是，我们观察到，在Laponite（1.4至4重量%）和盐浓度（0至7 mM）的宽范围内，该系统压倒性地展示了导致交联网络的溶胶-凝胶转变的所有流变特性。流变响应的分析导致分形维数，主要取决于锂皂石浓度。我们还得到了凝胶化的活化能，这是观察到的，随着锂皂石以及盐浓度的增加而降低。值得注意的是，凝胶后状态的低温TEM图像清楚地显示了由颗粒间键形成的交联网络的存在。因此，目前的工作最终建立了系统是在一个有吸引力的凝胶状态，解决了长期存在的争论在文献中。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Yield stress and elasticity influence on surface tension measurements
我们对不同浓度和屈服应力的卡波姆凝胶进行了表面张力测量。我们的设置，基于由毛细管桥施加在两个平行板上的力，允许测量复杂流体的有效表面张力，并调查流动历史的影响。更准确地说，拉伸桥后测得的有效表面张力总是高于压缩桥后测得的有效表面张力，这两个值之间的差异是由于流体中存在屈服应力。用一个简单的弹塑性模型成功地再现了实验观测结果。连续拉伸-压缩循环的形状可以通过考虑凝胶的屈服应力和弹性来描述。我们表明，屈服应力流体的表面张力$γ_{LV}$是有效的表面张力值的平均值，只有当弹性模量是高的屈服应力相比。这项工作突出了物理量测量的挑战，流体的平衡态暗示的堵塞，即使在小尺度的桥梁的形状是由表面能驱动。因此，允许在相反方向上变形的设置与屈服应力流体的测量相关。
2015-06-04 cond-mat.soft
Twist-Free Enhancement of Strength and Modulus in Electrospun Yarns via Liquid-Assisted Capillary Densification
提出水或乙醇辅助辊压的无捻毛细致密化方法，利用弯月面力压实电纺纱线，显著提升强度与模量并揭示微观结构和本构机制。
2025-09-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-induced reinforcement in boehmite gels: a rheo-X-ray-scattering study
本研究结合流变仪与小角X射线散射，揭示了勃姆石凝胶剪切记忆效应的微观机制：低于临界剪切速率时，流动停止后残留的微观结构各向异性直接对应凝胶的力学增强效果。
2023-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Droplet breakup driven by shear thinning solutions in a microfluidic T-Junction
基于液滴的微流体技术被证明是一种有效的和可调节的平台，用于数字分析、细胞封装、药物配制和聚合酶链式反应。通常，对于大多数生物医学应用，涉及复杂的非牛顿流体的处理，例如滑液和唾液、胶原和凝胶支架。在这项研究中，我们调查的问题发生在一个微流体的T形路口，当连续相是由剪切稀化液体的液滴形成。首先，我们详细回顾了破碎过程，提供了广泛的，并排的牛顿和非牛顿液体之间的比较在未开发的范围内的流动条件和粘性响应。携带液滴的非牛顿液体由黄原胶溶液制成，黄原胶溶液是一种显示出显著剪切稀化流变学的硬棒状多糖。通过定义一个有效的毛细管数，一个简单而有效的方法是用来占剪切依赖的粘性响应发生在破碎。液滴尺寸可以通过简单地知道本体连续相的流变学来在宽范围的流动条件下预测。实验结果与纯剪切稀化流体使用格子玻尔兹曼模型的数值模拟进行了补充。实验和数值计算数据之间的良好一致性证实了所提出的有效毛细管数的重标度的有效性。
2018-01-27 cond-mat.soft
Stochastic Eulerian-Lagrangian Methods for Fluid-Structure Interactions with Thermal Fluctuations and Shear Boundary Conditions
介绍了一种研究复杂流体和软材料流变特性的计算方法。该方法允许一致的处理微观结构弹性力学，流体动力学耦合，热波动，和外部驱动的剪切流。一个混合的描述欧拉和拉格朗日参考系的物理系统。微结构配置表示在拉格朗日参考系。守恒量，例如流体和微结构的动量，在欧拉参考系中表示。数学形式主义耦合这些不同的描述使用一般运营商的一致性条件。根据统计力学原理引入随机驱动场，在形式主义中考虑了热涨落。为了研究剪切作用下材料的流变响应，提出了广义周期边界条件，其中周期图像相对于单胞移动以诱导剪切。随机数值方法的形式主义。作为演示的方法，结果是为聚合物流体，脂质囊泡流体，和凝胶状材料的剪切响应。
2009-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interplay between wall slip and shear banding in a thixotropic yield stress fluid
本研究针对触变屈服应力流体的非单调流动行为，结合超声测速与流变测试发现新剪切带场景，提出微分版杠杆规则模型，揭示壁面滑移作为额外自由度对剪切带的调控作用。
2024-02-19 cond-mat.soft
Immersed Cantilever Apparatus for Mechanics and Microscopy
我们在这里提出了一种新的悬臂梁为基础的设备进行平移应力或应变控制流变学在非常软的固体，并获得同步共焦成像的三维微结构。使用基于涡流的传感器测量应力。通过对测量量应用PID控制回路并使用显微操作器改变位置来控制应力和应变。为了消除表面张力，将样品和悬臂梁浸没。这使得应力测量和控制可以低至3mPa。利用该装置，我们可以独立地施加剪应力和正应力或应变，并且具有相同的精度。我们证明了稳定的剪切应变或应力实验的软蛋白质凝胶系统的设置的技术能力。同时共焦成像提供洞察宏观断裂中观察到的剪切应变增加的实验。
2021-06-02 cond-mat.soft physics.ins-det
Strain-dependent solid surface stress and the stiffness of soft contacts
表面应力最近已成为高柔顺固体力学中的一个关键因素。接触力学的经典理论将与柔顺基底的粘附描述为驱动变形以建立接触的表面能与抵抗该变形的体弹性之间的竞争。然而，最近已经表明，表面应力提供了额外的回复力，该恢复力可以与高度顺应性材料中的弹性竞争，甚至占主导地位，特别是当长度尺度与表面应力与弹性模量之比$Υ/E$相比很小时。在这里，我们调查实验的表面应力的粘附力的贡献。我们发现，弹性和毛细管的贡献的粘合力是相似的幅度，并且都需要考虑到刚性二氧化硅球和顺应性，硅凝胶之间的测量的粘合力。值得注意的是，固体表面应力的应变依赖性对软固体接触的刚度有显著贡献。
2017-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Drying of Soft Colloidal Films
本研究利用核壳微凝胶界面单层作为模型系统，通过视频显微镜和计算机模拟等方法，揭示了微凝胶粘附力与毛细管力在干燥过程中的相互作用，发现在疏水基底上使用较软胶体可更准确地复制界面微观结构。
2024-11-09 cond-mat.soft
Deformation and organization of droplet-encapsulated soft beads
Laboratoire d’Hydrodynamique (LadHyX), CNRS, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（水动力学实验室（LadHyX），法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Kyoto University（京都大学）
研究通过微流体装置操控液滴封装的软凝胶，揭示了弹性毛细数对软颗粒形变与聚集体结构的影响。
2026-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
