Diffusion of self-propelled Janus tracer in polymeric environment
化学合成的Janus颗粒由于其在外界刺激下的自推进能力，具有作为体内药物释放剂的巨大前景。在这里，我们报告了有史以来第一次计算研究的平移和旋转运动的自推进Janus示踪剂在heterogeneous聚合物环境。聚合物的存在使得Janus示踪剂的平移均方位移（MSD）与游离Janus示踪剂的平移均方位移相比增长非常缓慢，但令人惊讶的是，如在最近的实验中观察到的，均方角位移（MSAD）显著增加。此外，随着推进速度的增加，MSAD增长得更快。而当排斥性聚合物被具有粘性区域的聚合物所取代时，MSD和MSAD均显示出急剧下降。
2017-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Escape Kinetics of Self-Propelled Janus Particles from a Cavity: Numerical Simulations
我们数值研究了椭圆Janus粒子从具有反射壁的二维狭窄腔中的逃逸动力学。Janus粒子的自推进速度沿着它们的长轴（长轴）或短轴（扁轴）。我们发现，平均出口时间是非常敏感的腔的几何形状，粒子的形状和自推进强度。当自推进长度等于空泡尺寸时，平均出口时间最小。我们还发现最佳的平均逃逸时间作为自推进速度，平移扩散和颗粒形状的函数。因此，可以实现通道中Janus粒子的有效传输控制机制。
2014-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase diagram of Janus Particles
我们深入研究了一个简单的模型代表最近合成的Janus粒子，即胶体球形粒子，其表面分为两个不同的化学成分的区域。当两个表面是亲溶剂和疏溶剂时，这些颗粒构成表面活性剂的最简单的例子。该相图包括一个贫胶体（气体）富胶体（液体）的分层区域，这是逐步抑制的叛乱胶束，提供第一个模型，胶束化和相分离同时观察。发现共存曲线在温度-压力平面内呈负斜率，表明Janus粒子可以提供具有异常热力学行为的胶体系统。
2009-11-16 cond-mat.soft
A numerical study of one-patch colloidal particles: from square-well to Janus
我们进行数值模拟的一个简单的模型的一个补丁胶体粒子调查：（i）的行为的气-液相图从一个球形吸引力的潜力，以Janus潜力和（ii）的集体结构的Janus粒子系统。我们表明，对于两个半球之一是有吸引力的，一个是排斥性的情况下，该系统组织成分散的取向有序胶束和囊泡，并在低$T$，该系统可以近似为这样的集群的流体，相互作用基本上通过排除体积。这种团簇相的稳定性产生了气体和液体共存密度的非常特殊的形状，其中气体共存密度在冷却时增加，在非常低的$T$下接近液体共存密度。
2010-07-30 cond-mat.soft
Trochoidal trajectories of self-propelled Janus particles in a diverging laser beam
我们描述了具有金属和电介质面的胶体Janus粒子，其在散焦光镊照射下剧烈游动而不消耗任何化学燃料。这些光学激活的胶体游泳者不是随机游动，而是在光束中来回循环，描绘出蜿蜒的玫瑰花图案。我们提出了一个模型，这种模式的光激活的运输，占所观察到的行为，通过结合自热泳和光致扭矩。在确定性的限制，这个模型产生的轨迹，类似玫瑰花曲线称为次摆线。
2016-09-06 cond-mat.soft physics.optics
Dynamical clustering and phase separation in suspensions of self-propelled colloidal particles
我们研究了（准）二维胶体悬浮的自推进球形颗粒的实验和数值。这些颗粒是碳涂层的Janus颗粒，由于近临界水-卢剔啶混合物中的扩散泳动而被推进。在低密度，我们发现，驱动稳定小集群。在较高密度下，悬浮液经历相分离成大的团簇和稀气相。相同的定性行为中观察到的一个极小模型的排斥性自推进粒子缺乏任何对齐相互作用的模拟。观察到的行为是合理的动力学不稳定性，由于自陷的自推进粒子。
2013-05-17 cond-mat.soft
Sedimentation of self-propelled Janus colloids: polarization and pressure
我们研究实验-使用Janus胶体-和理论-使用活性布朗粒子-稀活性胶体的沉降。我们首先确认指数密度分布的存在。我们的实验表明，出现一个极化的稳定状态的有效平衡制度之外，即当v_s是不是比推进速度小得多。在不需要拟合参数的情况下，理论预测很好地描述了偏振态的实验分布。然后，我们讨论和比较三种不同的定义的压力沉降颗粒：颗粒的重量以上的一个给定的高度，动量和主动脉冲的流量，和压力计测量的力密度。
2018-05-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological defect-propelled swimming of nematic colloids
拓扑缺陷的非平衡动力学可以作为微观活性物质的基本推进机制。在这里，我们展示了游泳的拓扑缺陷推动的胶体粒子（被动）通过实验和数值模拟流体。在外部磁场中，胶体旋转驱动拓扑缺陷的动态游动，导致周期性缺陷重排，从而推动粒子。游动速度由胶体的角速度、旋转方向和缺陷极性决定。通过控制它们，我们可以使粒子沿着不同的轨迹运动。我们展示了散射-也就是说，有效的对相互作用-我们的两个缺陷推动的游泳者，我们表明是高度各向异性的，并取决于缺陷中风的微观结构，包括局部缺陷拓扑结构和极性。更一般地说，这项工作的目的是开发仿生活性物质的基础上的拓扑结构的相关性。
2021-09-29 cond-mat.soft
Non-Gaussian statistics for the motion of self-propelled Janus particles: experiment versus theory
球形Janus粒子是活跃布朗物体的最突出的例子之一。本文从实验和理论两方面研究了这种微泳者的扩散泳运动。发现了三个阶段：在短时间内的简单布朗运动，在中间时间的超扩散，最后在长时间内再次扩散行为。在实验中观察到的这三个制度进行了比较与理论模型的自推进粒子的平移和旋转运动耦合的朗之万动力学。除了均方位移，还讨论了更高的位移矩。特别是，关于自推进粒子的非高斯行为的理论预测在实验中得到验证。此外，全位移概率分布进行了分析，在协议与布朗动力学模拟无论是一个非常宽的峰值或明显的双峰结构被发现取决于实验条件。
2013-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Co-assembly of Janus nanoparticles in block copolymer systems
嵌段共聚物是控制胶体局部化的理想基质。此外，各向异性纳米颗粒如Janus纳米颗粒具有额外的取向自由度，这可以在由嵌段共聚物制成的高度有序材料的形成中发挥关键作用。这项工作提出了一种介观模拟方法来断言Janus纳米粒子在嵌段共聚物混合物中的共组装，发现了许多与纯Janus胶体分散体相关的聚集和有序构型形成的实例。与化学上均匀的中性纳米粒子的比较确定了Janus纳米粒子不太容易引起沿层状域的桥接，因此是在界面处分离纳米粒子的破坏性较小的方式。不对称嵌段共聚物和不对称Janus纳米颗粒的组合可以导致胶体在嵌段域之一内的偶数层中的组装。
2019-08-12 cond-mat.soft
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of PEG on the Clustering of Active Janus Colloids
响应于局部环境线索以确定性方式推进的微米级胶体颗粒是自然界中发现的自推进实体的有用类似物。天然和合成的活性胶体系统通常都位于边界附近或拥挤的环境中。在这里，我们描述了实验中，我们测量过氧化氢浓度和分散的聚乙二醇（PEG）的5微米催化活性Janus颗粒在低浓度下的聚集行为的影响。我们发现，集群发生在合奏的活性Janus颗粒的增长与过氧化氢浓度在PEG的情况下的程度。一旦加入PEG，在低PEG体积分数下聚簇略有增强，但在较高PEG体积分数下聚簇减少。在较高的PEG体积分数下，聚类得到缓解的区域对应于先前发现推进被淬灭的区域。基于补充代理的模拟表明，集群增长与名义速度。这些数据支持了这样的假设，即随着推进速度的增加，活晶体的生长得到增强，但是添加PEG将倾向于减轻团簇形成，这是在这些条件下猝灭推进的结果。
2021-01-15 cond-mat.soft
Tunable long range forces mediated by self-propelled colloidal hard spheres
利用布朗动力学模拟方法，系统地研究了二维自推进（主动）胶体硬球悬浮液中两平行硬壁之间的有效相互作用，发现通过改变活性粒子的密度，可以将两硬壁之间的有效作用力从长程排斥力调节为长程吸引力.在相对高的密度下，活性硬球可以形成动态晶体桥，其在壁之间引起强振荡的长程动态润湿排斥。随着密度的降低，动力桥逐渐断裂，出现了一种有趣的长程动力耗尽吸引力。通过改变限制的高度，类似的效果发生在自推进的胶体硬球的准2D悬浮液中。我们的研究结果为利用活性物质操纵微观物体的运动和组装开辟了新的可能性。
2014-12-11 cond-mat.soft
Self-assembly and time-dependent control of active and passive triblock Janus colloids
本研究通过BD模拟扩展了活性三嵌段Janus胶体在更广密度与温度下的自组装研究，并提出一种活性时间协议，在更宽密度范围内实现了Kagome结构结晶，且结晶边界与早期MC模拟高度吻合。
2025-04-29 cond-mat.soft
Rational design and dynamics of self-propelled colloidal bead chains: from rotators to flagella
设计新的自推进胶体的探索是由简单的实验模型来研究其更复杂的自然对应物的集体行为的需求推动的。大多数合成的自推进粒子通过将输入能量转化为平移运动来移动。在这项工作中，我们解决的问题，如果简单的自我推进领域可以组装成更复杂的结构，表现出旋转运动，可能再加上平移运动的鞭毛。我们利用诱导偶极相互作用和结合步骤的组合来创建永久线性珠链，由自推进Janus球体组成，具有良好控制的内部结构。接下来，我们研究链中个体游泳者之间的灵活性如何影响其游泳行为。永久刚性链只表现出积极的旋转或旋转运动，而较长的半柔性链表现出平移和旋转运动类似鞭毛样运动，在燃料的存在下。此外，我们能够再现我们的实验结果，使用数值计算与极小模型，其中包括与流体的充分的流体动力学相互作用。我们的方法是通用的，并开辟了一种新的方式来设计新的自推进胶体与复杂的游泳行为，使用不同的复杂的启动积木结合它们之间的灵活性。
2017-09-20 cond-mat.soft
Phoretic Interactions Generically Induce Dynamic Clusters and Wave Patterns in Active Colloids
本文介绍了一种具有代表性的光相互作用活性胶体的极小模型。结合动力学理论，线性稳定性分析，和自扩散电泳和自热泳Janus胶体的自推进和电泳相互作用之间的一般关系的参数空间塌陷到两个维度：面积分数和Péclet数。当自生电泳场的寿命不是太短时，这种崩溃就会出现，并导致一个通用的相图，显示电泳相互作用{ \it generally}在典型的Janus胶体中诱导斑图形成，即使在非常低的密度下。由此产生的模式包括波和动态聚集体非常类似于在Janus胶体稀悬浮液实验中发现的活簇。
2017-06-05 cond-mat.soft
Distinguishing Advective and Powered Motion in Self-Propelled Colloids
具有催化作用的胶体粒子的自驱动运动提供了一个令人信服的活性物质的例子，即远离平衡的单粒子和集体行为的系统。这类系统的长时间、长距离行为特别令人感兴趣，因为它将它们各自的微观行为与宏观现象联系起来。在这类分析中，必须区分由细微的平流效应引起的运动-这种效应也有很长的时间尺度和长度尺度-和由内在动力运动引起的现象。在这里，我们开发了一种方法来分析动力胶体的平移和旋转运动的统计特性，以区分，例如，主动趋化性从被动平流散装流量。
2017-09-17 cond-mat.soft
Transient coarsening and the motility of optically heated Janus colloids in a binary liquid mixture
悬浮在近临界二元液体混合物中的金帽Janus粒子可以在照明下自推进。我们已经固定这样一个粒子在一个狭窄的通道，并研究了它周围的二元溶剂的非平衡动力学，使用实验和数值模拟。对于后者，我们考虑一个纯粹的扩散和流体动力学模型。所有的方法表明，早期的动力学是纯粹的扩散，其特征在于从胶体的表面到体的组成层以恒定的速度行进。随后，流体动力学效应设置和瞬态被破坏的强烈的非平衡浓度波动，这是由于温度梯度和二元液体混合物的临界点附近。它们产生复杂的、永久变化的粗化模式。对于一个移动的粒子，瞬态动力学的结果在相反的方向上的推进后，观察到的稳定状态是达到。
2020-06-03 cond-mat.soft
Driving dynamic colloidal assembly using eccentric self-propelled colloids
由于胶体粒子在动态响应功能材料的制备中具有广阔的应用前景，设计动态引导胶体粒子自组装的方法已成为软物质物理研究的一个重要方向。本文通过计算机模拟发现，在被动胶体和偏心自推进活性粒子的混合体系中，当活性粒子的偏心率和自推进力足够大时，偏心活性粒子可以推动被动胶体形成大的密集动态团簇，体系发生了一种新的动态分层转变。我们的模拟结果表明，动态分层发生时，偏心的主动粒子的运动速度比被动粒子，使不同的主动粒子的动态轨迹可以相互重叠，而被动粒子从主动粒子的动态轨迹耗尽。我们的研究结果表明，这类似于熵驱动的胶体-聚合物混合物中的分层，其中聚合物无规线圈可以彼此重叠，同时耗尽胶体。更有趣的是，我们发现，通过固定的被动胶体组成在一定的值，随着密度的增加，该系统经历了有趣的重入混合，和分层只发生在一定的中间密度范围。这为设计活性物质来驱动被动胶体的自组装和制备动态响应材料提供了一条新的途径。
2017-11-03 cond-mat.soft
Effect of a Cone Shape on the Motion of Active Janus Colloids
Green and Low-Carbon College, Yancheng Teachers University（盐城师范学院绿色低碳学院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
通过双光子聚合3D打印和交流电场实验，研究了锥形形状对Janus微游泳者推进速度的影响，发现球形粒子最快，锥形突起影响速度，并揭示了频率依赖的运动方向反转。
2026-06-16 cond-mat.soft
Light Activated Self-Propelled Colloids
合成了光活化的自推进胶体，并利用光学显微镜研究了它们的主动运动。我们提出了一个通用的路线，使用不同的光敏材料，并展示了多波长的激活和推进。由于两种半导体材料（αFe2 O3和TiO2）的光电化学性质，能量高于带隙的光会引发过氧化氢的分解反应，并在颗粒周围产生化学云。它诱导与相邻胶体的泳动吸引以及基底上颗粒的渗透自推进。我们使用这些机制来形成胶体货物以及自推进粒子，其中光激活组件嵌入到介电球体中。粒子沿着由热波动随机化的方向自推进，并表现出持续的随机行走。对于足够的表面密度，颗粒自发地形成“活晶体”，其是移动的，分裂和重组。利用外加磁场控制粒子的方向，我们发现致密相的形成是粒子迎面碰撞的结果。这种效应本质上是非平衡的，并且是没有细致平衡的系统的一种新的组织原理。通过不同波长自推进的粒子工程家族展示了对系统背后的物理和化学的良好理解，并指出了设计新的自推进粒子家族的一般路线。
2014-10-27 cond-mat.soft
Clustering Dynamics of SiO2-Pt Active Janus Colloids
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究SiO2-Pt活性Janus胶体在动态聚集体 regime 中的聚集体动力学，揭示了聚集体形成机制的转变及预测性描述。
2026-01-07 cond-mat.soft
Omnidirectional transport and navigation of Janus particles through a nematic liquid crystal film
我们创造了可控的活性粒子的金属介电Janus胶体的形式，获得运动性，通过一个垂直的AC电场的能量转换施加在液晶薄膜。我们通过改变场的振幅和频率，在粒子和粒子的轴所跨越的平面上随意引导胶体，实现了对轨迹的完全控制。潜在的机制利用电渗流的敏感性的颗粒表面和液晶缺陷结构的不对称性。我们提出了一个计算的偶极力密度的相互作用所产生的电场与导演锚定和对比的静电边界条件的两个半球上，该帐户的介电向前（金属向前）运动的胶体由于诱导拉力（推）力偶极子。这些发现为胶体和液晶在受控运输、组装和集体动力学中的应用开辟了未探索的方向。
2020-07-01 cond-mat.soft
Activity-assisted barrier-crossing of self-propelled colloids over parallel microgrooves
我们报告了一个系统的研究自推进粒子（SPPs）的动力学在一维周期性的潜在景观，这是制作在微槽图案化的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基板。从测量的非平衡概率密度函数的表面等离子体，我们发现，逃逸动力学的慢旋转的表面等离子体的整个潜在的景观可以描述的有效潜力，一旦自推进力被纳入潜在的固定角近似。这项工作表明，平行的微槽提供了一个通用的平台，定量的了解之间的相互作用的自推进力，空间限制的潜在景观，和热噪声，以及其对活动辅助逃逸动力学和运输的SPP的影响。
2022-12-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic simulations of self-phoretic microswimmers
本文建立了一个介观流体动力学模型来模拟热泳或扩散泳驱动的合成自推进Janus粒子。我们首先提出了一个被动的胶体球模型，它再现了正确的旋转动力学与强大的泳动效应。这个胶体溶液模型采用了多粒子碰撞动力学描述的溶剂，并结合潜在的相互作用与溶剂，坚持边界条件。引入非对称和特殊的胶体表面来产生自泳Janus粒子的性质。比较研究了Janus和microdimer泳动者的游泳速度和诱导流行为。自泳微二聚体显示出长程流体动力学相互作用，并且可以被表征为牵引器或推动器。相反，Janus粒子的特征是短程流体动力学相互作用，并表现为中性游泳者。我们的模型很好地模仿了最近的实验实现的自泳Janus粒子。
2014-03-04 cond-mat.soft
Pair-Interactions of Self-Propelled SiO2-Pt Janus Colloids: Chemically Mediated Interactions
本研究针对功能材料自下而上制备背景，实验探究化学活性SiO₂-Pt Janus胶体的成对碰撞，按接触前后取向分类，发现化学泳动相互作用主导碰撞机制与概率，为浓悬浮液组装及未来功能材料研究提供关键依据。
2023-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
The stress tensor of dilute active colloidal suspensions
Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems, Université Libre de Bruxelles (U.L.B.)（非线性现象与复杂系统中心，布鲁塞尔自由大学）
研究稀释活性胶体悬浮液的应力张量，结合自扩散菲克效应和化学反应，推导出有效粘度公式及两个新贡献。
2025-03-14 cond-mat.soft
Colloidal Clusters as models for chiral active micromotors
本文提出用化学交联的Janus胶体团簇制备可调手性与轨道半径的活性转子，并揭示方位角均匀性与旋转动力学的关系，为研究合成手性转子集体行为提供了新平台。
2024-07-21 cond-mat.soft
Coupled Interfacial Phenomena Suppress Propulsion in Catalytic Janus Colloids
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究探讨了界面耦合现象对催化Janus胶体推进的影响，通过分析帽厚和过氧化氢浓度变化对粒子速度和位移的影响，揭示了活动性、重力效应及流体动力相互作用在确定胶体动态中的作用。
2025-09-28 cond-mat.soft
Aggregation of self-propelled colloidal rods near confining walls
利用布朗动力学和动力学密度泛函理论研究了封闭通道中自推进胶体棒的非平衡集体行为。我们观察到一个聚集的过程中，杆自组织成瞬态堵塞集群在通道壁。在这个过程的早期阶段，形成了快速增长的刺猬状集群，它们基本上是不动的。在后期阶段，这些簇中的大多数溶解并移动成滑动通过壁的线化聚集体。
2008-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tuning the motility and directionality of self-propelled colloids
微生物能够通过收集能量来克服其周围环境的热随机性，以在粘性流体环境中航行。以类似的方式，合成的胶体微泳者能够通过简单的自推进机制模仿复杂的生物运动。虽然在实验上，活性颗粒的速度可以通过例如自生的化学和热梯度来控制，但是游动方向的原位改变仍然是一个挑战。在这项工作中，我们研究了自推进的半涂层球形胶体在临界二元混合物，并表明耦合的局部体力，诱导激光照射，和胶体的润湿性能，可以用来微调胶体的游泳速度和方向性。我们的实验和数值模拟表明，运动的方向可以可逆地切换的大小和形状的液滴（S）周围的胶体成核，这取决于粒子半径和流体的环境温度。此外，上述特征使得能够在光强度梯度中实现负趋光性和正趋光性。我们的研究结果可以扩展到其他类型的半涂层microswimmer，只要他们的两个半球是有选择性的活跃，但具有不同的物理特性。
2017-11-06 cond-mat.soft
Electric field driven controllable motility of metal-dielectric Janus particles with boojum defects in a nematic liquid crystal
在一个鲜明的对比，二氧化硅颗粒的响应，我们表明，金属介电Janus粒子与boojum缺陷的液晶中的自推进下的作用下施加垂直于导演的电场。通过选择Janus矢量相对于指向矢的适当取向，颗粒可以沿着样品平面中的任何方向传输。粒子的运动方向可以通过改变场的振幅和频率来控制。该命令上的粒子的运动表现出可调的运输和微型机器人的应用是有前途的。
2021-03-01 cond-mat.soft
Nonreciprocal collective dynamics in a mixture of phoretic Janus colloids
研究具有不同催化涂层和趋化迁移率的Janus胶体二元混合物，通过粗粒化耦合密度与极化场揭示多种非互易集体不稳定性，并实现Nonreciprocal Cahn-Hilliard模型的微观机制。
2024-02-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theoretical calculations of phase diagrams and self-assembly in patchy colloids
审查文件。Janus Particles Synthesis，自组装，and Applications第6章，第108-137页，Steve Granick和Shan Jiang编辑（RCS Publishing 2012）http://www.rsc.org/Shop/books/2012/9781849734233.asp
2012-12-11 cond-mat.soft
Hydrodynamic stresses in a multi-species suspension of active Janus colloids
本研究通过系统粗粒化微观动力学，计算活性Janus胶体多物种悬浮液的流体动力学应力张量多组分贡献，揭示单物种系统应力强度的调控机制及多物种系统中活性对张量的修饰与非互易性的产生。
2025-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clustering-induced velocity-reversals of active colloids mixed with passive particles
最近的实验表明，胶体悬浮液可以自发地自组装成各种内部结构，尺寸和动力学性质的致密集群时，掺杂活性Janus粒子。典型的是，这些星团在形成过程中以弹道方式移动，但动态地恢复它们的速度，并暂时与它们所包含的Janus粒子的自推进方向相反。在这里，我们探索了一个简单有效的模型，胶体混合物，它允许再现实验中看到的大多数方面，包括形态和速度反转的集群。我们将后者归因于被动颗粒对活性胶体帽的非互惠电泳吸引力，即使在紧密接触时也会发生，并将活性颗粒向后推。当电泳相互作用是排斥的，反过来，它们会导致动态聚集的被动胶体的化学密度最小值所产生的活性粒子，最近在实验中看到的;在其他参数制度，他们诱导旅行前的活性粒子所追求的被动共存的活性气体。
2019-09-20 cond-mat.soft
Self-Propelled Colloidal Particle Near a Planar Wall: A Brownian Dynamics Study
小型化的自推进运动器使用化学机械转换机制将环境中的燃料转换为自主运动。最近的实验和理论研究表明，这些自主引擎可以被动地遵循它们遇到的固体边界的轮廓。然而，边界制导不一定是稳定的：机械干扰会导致发动机流体动力学地离开被动制导路径。此外，给定按比例缩小的尺寸的微电机（通常为100 nm-10 $μ$ m），布朗热波动力必然是重要的，这些随机力可以随机被动操纵的轨迹。在这里，我们研究理论上的稳定性边界引导运动的微电机沿无限平面壁机械干扰和布朗力。我们的目的是了解在什么条件下，这种被动引导的运动是稳定的。我们选择了一个运动设计，其中球形胶体部分涂覆有催化帽，与溶质反应产生的产品。产品从颗粒表面被排斥，导致颗粒以惰性面在前面移动（通过自扩散电泳的自主运动）。当被推向一个平面的墙壁，确定性流体动力学研究表明，这些运动可以表现出，足够大的上限大小，稳定的轨迹中的颗粒或者沿着表面在一个恒定的距离从墙壁上，或成为静止的单方向掠过。我们首先通过展开这些状态的运动方程来研究这些状态的线性流体动力学稳定性，并发现线性扰动随时间呈指数衰减。然后，我们研究的热波动的影响，制定一个朗之万方程的粒子运动，其中包括布朗随机力…
2017-11-12 cond-mat.soft
Trapping of interacting propelled colloidal particles in inhomogeneous media
提出了一种基于非均匀驱动的胶体粒子捕集机理，并通过计算机模拟进行了研究。在实验中，该方法可以使用由光源驱动的电泳Janus粒子来实现，该光源通过遮光罩照射并导致粒子在被动部分中的积累。使用由非均匀驱动器产生的有效非均匀扩散常数导出累积参数的方程。粒子相互作用的捕获机制的影响进行了研究，以及被动诱导的捕获和紧急的自聚簇的系统包含一个高密度的活性粒子之间的相互作用。这两种效果的结合使得集群对于应用程序来说更可控。
2015-03-03 cond-mat.soft physics.comp-ph
Alignment of cylindrical colloids near chemically patterned substrates induced by critical Casimir torques
最近的实验已经证明了一个波动引起的横向捕获的球形胶体颗粒浸没在二元液体混合物附近的临界分层点，并暴露于化学图案化的基板。受这些实验的启发，我们研究了这种有效的相互作用，被称为临界卡西米尔效应，细长的圆柱形胶体。这增加了定向自由度。当胶体颗粒靠近化学结构化基底时，作用在胶体上的临界Casimir扭矩出现。我们根据Derjaguin近似计算这个扭矩。后者的有效性范围通过平均场论进行评估。这种评估表明，Derjaguin近似是可靠的实验相关制度，使我们将其扩展到Janus粒子赋予相反的吸附偏好。我们的分析表明，关键的Casimir相互作用能够实现良好定义的，可逆的化学均匀和Janus圆柱体的对齐。
2014-05-08 cond-mat.soft
Controlled motion of Janus particles in periodically phase-separating binary fluids
数值研究了周期性相分离二元流体混合物中Janus粒子的推进运动。在这项研究中，颗粒尾部的表面更喜欢二元流体组分之一，颗粒头部的润湿性是中性的。在分层期间，更多的反相被选择性地吸附到颗粒尾部。吸附域的增长诱导的流体动力学流在附近的颗粒尾部，这种不对称的泵送流驱动的颗粒朝向颗粒头部。在混合期间，颗粒运动几乎停止，因为混合主要通过扩散发生，并且所产生的流体动力学流动小得可以忽略。重复这个循环，两面粒子就会无限地向头部移动。讨论了组成和重复频率对粒子运动的依赖关系。
2015-04-03 cond-mat.soft
Tuning the rheology and microstructure of particle-laden fluid interfaces with Janus particles
假设：载有颗粒的流体界面是许多自然和工程系统的核心组成部分。了解这些界面的力学性能并提高其稳定性具有重要的实际意义。Janus粒子是一类特殊的非均相胶体，它可以作为一种有效的表面活性剂来控制含粒子流体界面的组装和界面流变性。实验：使用一个定制的界面应力流变仪，我们探讨了Janus颗粒添加剂的界面流变学和微观结构的颗粒负载的流体界面的效果。调查结果：我们发现，在单层的PS胶体（1：40的数量比）中加入少量的铂-聚苯乙烯（Pt-PS）Janus颗粒可以导致表面模量增加一个数量级以上，弹性增强，这大大提高了界面的稳定性。界面流变学的这种剧烈变化与每个Janus颗粒周围的局部颗粒簇的形成有关。我们进一步解释了本地粒子团簇的起源，考虑在界面处的粒子间的相互作用。我们的实验揭示了局部颗粒结构对颗粒单层宏观流变行为的影响，并展示了一种新的方法来调整载颗粒流体界面的微观结构和力学性能。
2022-06-29 cond-mat.soft
Pair Interaction of Catalytically Active Colloids: From Assembly to Escape
报道了两种自推进胶体的动力学和运动轨迹。胶体的自主运动是由于在其表面上不对称地发生的催化化学反应，该反应在颗粒周围产生相互作用的溶质的浓度梯度并驱动颗粒推进。我们考虑两个球形粒子与对称的催化帽延伸超过当地的极角$θ^1_{cap}$和$θ^2_{cap}$从中心的活动部门，否则静止的流体。采用解析-数值相结合的方法求解Stokes流型下的耦合传质方程和流体力学方程。随后的胶体对轨迹由反应覆盖率$θ^j_{cap}$和它们相对于彼此的初始相对取向控制。我们的分析表明两种可能的情况下对催化自推进粒子的轨迹：要么粒子的方法，接触和组装或他们相互作用，远离对方（逃逸）。对于任意运动的胶体，它被发现，粒子的旋转方向是决定逃逸或组装的情况下的关键因素。基于分析，绘制了作为活性覆盖率和它们的初始相对取向的函数的催化活性颗粒的成对轨迹的相图。我们相信这项研究对阐明自泳自推进胶体的集体行为具有重要意义。
2015-10-11 cond-mat.soft
Thermodynamic Approach to the Self-Diffusiophoresis of Colloidal Janus Particles
大多数现有的理论预测的胶体颗粒的自扩散泳运动的基础上的流体动力学薄边界层近似结合溶剂体力由于自生局部溶质梯度。该梯度通过指定边界条件来实施，通常不考虑维持梯度的热力学成本。在这里，我们提出了一种替代的热力学方法，利用动力学和熵产生之间的直接联系：当地的细致平衡条件。我们研究两种情况：第一，我们重新审视自推进在分层二元溶剂。在方差与滑移速度，我们发现，推进是由于在垂直于粒子表面的两极的力量。第二，对于通过释放化学自由能驱动的催化游泳者，我们恢复了以前的表达式。在这两种情况下，我们认为，推进是由于不对称的耗散，而不仅仅是由于不对称的浓度的分子溶质。
2019-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-propulsion mechanism of active Janus particles in near-critical binary mixtures
浸在近临界二元混合物中的金冠Janus粒子可以使用照明来推进。我们采用非等温扩散界面方法研究了单胶体的自推进机制。我们把这种运动归因于围绕粒子成核的微米级液滴边缘的体积力。因此，常用的表面速度概念不能解释自推进。颗粒的游动速度与液滴的形状和尺寸有关，这由所谓的临界等温线决定。存在两种不同的游动状态，取决于液滴是否部分或完全覆盖颗粒。有趣的是，游泳速度对温度的依赖性是非单调的，在这两个制度。
2015-06-18 cond-mat.soft
Gravitaxis of asymmetric self-propelled colloidal particles
许多能动的微生物调整它们相对于引力场的游动运动，从而抵消沉降到地面的作用。这种重力行为通常是不均匀质量分布的结果，其将微生物排列成类似于浮标。然而，也有人认为，重力轴也可能是由几何学上的前后不对称造成的，这是许多自我推进的生物体的典型特征。尽管有几次尝试，没有确凿的证据，这种不对称引起的引力运动存在。在这里，我们研究的运动的不对称自推进胶体粒子，具有均匀的质量密度和一个明确的形状。在实验和理论建模中，我们证明了形状各向异性本身就足以引起重力运动，无论是优先向上或向下游泳。此外，还观察到类似余摆线的轨迹横向于重力的方向。
2015-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Microscopic and continuum descriptions of Janus motor fluid flow fields
主动介质，其组成部分能够自主移动，显示出不同于平衡系统的新特征。除了天然存在的活性系统，如游泳细菌种群，合成自推进纳米马达的活性系统已经开发出来。这些合成系统是有趣的，因为它们在各种领域的潜在应用。Janus粒子是球形几何形状的合成发动机，其中一个半球催化燃料转化为产物，另一个半球不催化，可以通过自扩散电泳在溶液中推动自己。在这种机制中，由不对称催化活性产生的浓度梯度导致马达上的力，该力引起周围介质中的流体流动。这些流体流动的详细研究，通过微观模拟的Janus电机运动和连续理论。结果表明，连续介质理论是能够捕捉到许多，但不是所有的Janus电机的动力学和流体的速度场的功能。
2016-11-11 cond-mat.soft
Optoelectronically Enabled Simultaneous and Decoupled Navigation and Selective Pairing of Electrically Driven Janus Particles for Multi-Agent Microrobotics
School of Mechanical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院）；School of Biomedical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学生物医学工程学院）
本文提出光电子策略，通过可编程虚拟电极实现电驱动双面神颗粒的同步解耦控制，完成多颗粒配对与独立操控，为多智能体微机器人操控提供通用框架。
2026-10-14 cond-mat.soft
Critical Casimir interaction between colloidal Janus-type particles in two spatial dimensions
我们研究胶体粒子与化学不均匀的表面悬浮在一个临界二元液体混合物。不均匀的颗粒表面是由补丁交替吸附偏好的两个组成部分的二元溶剂。通过用临界伊辛模型描述二元液体混合物\emph{at}及其相溶点，我们利用了它在二维空间中的共形不变性。这使我们能够准确地确定普遍的配置文件的顺序参数，能量密度和应力张量，以及他们的一些关联函数围绕一个单一的粒子的各种形状和配置的表面补丁。形式主义包括几个有趣的配置，包括Janus粒子的圆形和针形状的偶极对称和圆形粒子的四极对称。从这些单粒子的属性，我们构建了所谓的小粒子算子展开（SPOE），这使我们能够获得渐近精确的表达式的位置和方向相关的临界Casimir相互作用的粒子与遥远的物体，如另一个粒子或限制壁的半平面，带，或楔，与各种边界条件的序参量。在几种情况下，我们比较了大距离与近距离的相互作用（但在分子尺度上仍然很大）。我们还比较了我们的分析结果与最近的模拟数据的两个Janus粒子。
2019-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
'Rocket propulsion' of Janus micro-swimmers
我们报告模拟一个球形的Janus粒子进行放热表面反应，只有一个极点。我们的模型排除了自泳运输的设计。然而，净运动发生在溶剂和胶体之间的直接动量传递，速度缩放为反应期间释放的能量的平方根。我们发现，这样的推进是由系统的短时间响应，当既不能忽略的时间依赖性的胶体周围的流动，也不能忽略溶剂的可压缩性。我们的模拟与以前的实验相当吻合。
2020-01-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electrophoresis of Janus Particles: a Molecular Dynamics simulation study
本文利用分子动力学和格子-玻尔兹曼方法研究了带电Janus粒子在电场中的性质。我们表明，对于相对较小的净电荷和厚的静电扩散层的Janus粒子和均匀带电的胶体相同的净电荷的迁移率是相同的。然而，对于较高的电荷和较薄的扩散层Janus粒子总是表现出较低的电泳迁移率。我们还证明了Janus粒子与电场对齐，并且与场方向的角度偏差与它们的偶极矩有关。我们发现，后者是受静电扩散层的厚度和强烈相关的电泳迁移率。
2016-12-09 cond-mat.soft
Topographical pathways guide chemical microswimmers
实现对活性胶体的方向性的控制对于它们在实际应用中的使用是至关重要的，例如微流体装置中的货物载体。到目前为止，球形Janus胶体的制导主要是利用特殊设计的磁性多层涂层结合外部磁场来实现的。在这里，我们证明了台阶状的亚微米形貌特征可以用作化学活性球形Janus胶体的可靠对接和引导装置。对于各种地形特征（条纹、正方形或圆形柱），胶体在特征边缘处的对接是稳健且可靠的。此外，胶体沿着边缘移动了相当长的时间，其随着燃料浓度系统地增加。所观察到的现象定性捕获的一个简单的连续模型的自扩散电泳附近的限制边界，表明化学活性和相关的流体动力学与附近的地形相互作用的主要物理成分背后所观察到的行为。
2016-02-12 cond-mat.soft
Electrophoresis of active Janus particles
本文从理论上研究了一个自驱动的主动Janus马达在外部电场中的运动。外部场可以操纵Janus粒子的路线，并迫使它向所需的目标移动。为了研究这种主动电机的轨迹，我们使用微扰方案。在Janus粒子的表面活性和外场的主要顺序下，Janus粒子的取向动力学表现得像数学钟摆，其角速度对电机的电场和表面活性都敏感。
2019-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Orientational dynamics of a heated Janus particle
利用大尺度分子动力学模拟研究了具有自推进特性的加热Janus粒子的取向动力学。胶体与溶剂的微观相互作用中的不对称性通过为球体的两个半部选择不同的润湿参数来实现。因此，由于两个半球中固体-流体边界上的不同界面阻力，在球体的两极之间产生温度梯度。正是这种自我产生的温度梯度导致了沿着对称轴方向的自我推进。在这篇文章中，我们看看这样一个系统的取向动力学，以及随后的增强平移扩散在晚些时候。从模拟测量的对称轴的取向相关性，并提供了一个直接访问的旋转扩散常数。加热导致胶体的旋转扩散率增加。我们量化这种增加的旋转扩散对温度差的两面神球的两极，以及平均表面温度差从周围的fluid.We表明，后来的量化是更好的，并导致数据崩溃的微观相互作用的不同选择。还测量了不同润湿参数选择下的平均推进速度。自我推进的方向性取决于微观相互作用。我们表明，每当有吸引力的相互作用的胶体与溶剂被关闭，泳动的变化标志。此外，对于低于某个阈值的加热，推进速度为零。最后，我们结合测量的推进速度和旋转扩散时间来估计粒子的长时间扩散系数的增强。
2018-06-25 cond-mat.soft
From Clarkia to Escherichia and Janus: the physics of natural and synthetic active colloids
活性胶体是从其环境中吸收自由能并利用该能量进行内在非平衡活动（如生长、复制和自我推进运动）的颗粒悬浮液。活性胶体的一个明显的例子是细菌的悬浮液，如大肠杆菌，它们的物理尺寸几乎总是在胶体范围内。合成的自推进颗粒最近也变得可用，例如双面或Janus，通过在其表面上的不同化学反应驱动自泳运动而推进的颗粒。在这些讲座中，我给一个教学介绍的物理学的单粒子和集体性质的活性胶体，重点是自我推进。我将比较和对比“游泳者”悬浮液中的现象与被动粒子悬浮液的行为，在被动粒子悬浮液中只有布朗运动（由罗伯特·布朗在野花{ \it Clarkia pulchella}花粉的颗粒中发现）是相关的。我将特别关注与使用这些活性颗粒悬浮液进行实验有关的问题，例如如何确定悬浮液的游泳速度分布，并包括一个附录，以指导物理学家开始培养能动细菌。
2013-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
