Frequency-dependent magnetic susceptibility of magnetic nanoparticles in a polymer solution: a simulation study
磁性复合材料，即弹性体、聚合物凝胶或具有嵌入的磁性纳米颗粒的聚合物溶液，可用于许多技术和生物医学应用。然而，颗粒的磁性和（粘）弹聚合物基质的机械性能之间的耦合机制的微观细节仍然没有得到解决。在这里，我们研究了一个单域球形磁性纳米粒子，悬浮在聚合物溶液中的响应，以交变磁场。作为相互作用，我们只考虑排除体积与聚合物的相互作用和通过溶剂介导的流体动力学相互作用。采用线性响应Green-Kubo方法计算了交流极化率谱，研究了聚合物浓度和聚合物长度对极化率谱的影响。我们的数据与最近测量的典型磁性复合系统的交流磁化率进行了比较[Roeben等人，Colloid and Polymer Science，2014，2013- 2023]，并证明了流体动力学耦合在此类系统中的重要性。
2020-10-27 cond-mat.soft
Tuning friction at material-nanoparticle-liquid interfaces with an external electric field
首次报道了使用电泳力来调节具有静态或低频（0.6-50 mHz）电场的材料-纳米颗粒-液体界面处的摩擦。外部电场被用来重新定位带负电荷的TiO 2或带正电荷的Al 2 O 3纳米粒子悬浮在水中的方向垂直于一个平面铂表面的石英晶体微量天平，然后被用来监测摩擦剪切力在界面处。已经证明了TiO 2和Al 2 O3悬浮液的摩擦的主动电可调控制。对于TiO 2悬浮液，摩擦剪切力的显着下降，没有观察到的Al 2 O 3，可能归因于分子薄间隙水层的存在下，在TiO 2颗粒和基板之间的区域。通过改变外部电场的频率，还研究了与纳米颗粒在垂直于表面的方向上的运动相关的时间尺度，并确定其与玻璃状或聚合物材料的时间尺度相似。总的来说，研究表明，由电场主动驱动的纳米颗粒可以作为“无摩擦”原子力探针，能够在光学和微机械探针无法到达的几何形状中“轻敲模式”探索界面性质和纳米级相互作用。
2019-01-29 cond-mat.soft
Magnetic susceptibility, nanorheology, and magnetoviscosity of magnetic nanoparticles in viscoelastic environments
虽然近年来对悬浮在牛顿溶剂（铁磁流体）中的磁性纳米颗粒进行了深入研究，但周围介质的粘弹性对纳米颗粒动力学的影响却知之甚少。在这里，我们研究了一个介观模型的取向动力学孤立的磁性纳米粒子受到外部磁场，粘性和粘弹性摩擦以及相应的随机扭矩。我们解决了弱粘弹性的过阻尼极限模型解析。通过与布朗动力学模拟的比较，我们建立了解析解的有效性限制。我们发现粘弹性不仅使磁化弛豫变慢，虚磁化率$χ''$的峰值向低频移动，磁粘滞性增加，而且导致非指数弛豫和$χ''$的展宽.我们研究的模型还允许测试最近的建议，使用磁化率测量作为纳米流变工具，使用一个变体的德国DiMarzio主教关系。我们发现，本模型和某些参数范围内的磁化率的剪切模量的关系是满意的一个很好的近似。
2018-03-19 cond-mat.soft
Electromagnetic propulsion and separation by chirality of nanoparticles in liquids
介绍了一种利用手征性推进和分离悬浮在液体中的小铁磁颗粒的新机制。在直流均匀磁场H和交流均匀磁场H的作用下，电场具有相反手性的E异构体沿相反方向运动。这种机制可对一系列新兴技术产生重大影响。手征速度的分量是奇数的H被发现是成比例的磁化电子的固有轨道和自旋角动量。这种效应的出现是因为铁磁颗粒对所施加的扭矩的响应就像一个小陀螺仪。
2011-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Molecular Dynamics Simulations of Evaporation-Induced Nanoparticle Assembly
虽然蒸发溶剂是一种广泛使用的技术，组装成所需的超结构的纳米尺寸的物体，已经有有限的工作，组装的结构是如何影响的过程中的物理方面。我们提出了大规模的分子动力学模拟的蒸发诱导组装的纳米粒子悬浮在液体中，以受控的方式蒸发。发现在液体/蒸气界面正下方形成的纳米颗粒晶体的质量在相对较慢的蒸发速率下更好，因为出现较少的缺陷和晶界。这种趋势被理解为纳米颗粒在液体/蒸气界面处的积累和扩散时间之间的竞争的结果。当前者较小时，纳米颗粒在界面处沉积得如此之快，以至于它们没有足够的时间通过扩散排列，这导致缺陷和晶界的普遍存在。我们的研究结果有重要的意义，在理解组装的纳米粒子和胶体在非平衡液体环境。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nanoparticle characterization by continuous contrast variation in SAXS with a solvent density gradient
许多低密度的纳米粒子显示出径向内部结构。这项工作提出了一种新的方法，以对比度变化与SAXS的基础上，在玻璃毛细管中的溶剂密度梯度的构成，以解决这种内部形态。在同步辐射装置BESSY II上，利用PTB的四晶单色光束线记录了不同悬浮介质对比度下聚合物核壳胶体的散射曲线。的平均粒径和粒径分布的颗粒，以及洞察到胶体电子密度组合物的确定使用的位置中的傅立叶区域的散射曲线的isoscattering点，并通过检查详细的Guinier区域。这些结果得到了证实与模型拟合的实验数据，这提供了补充信息的内部电子密度分布的悬浮纳米粒子。
2014-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Water-mediated ordering of nanoparticles in electric field
界面极性分子对外加电场具有强烈的各向异性响应，有利于偶极取向平行于界面。在水中，特别是，这种效果结合了一般的取向偏好引起的空间不对称性的水氢键下限定的几何形状，这可能会引起一个Janus接口。这两种效果表现在相当大的依赖性的水极化的两个领域的方向相对于接口，和极性（符号）的字段。使用分子模拟，我们证明了强场诱导的取向力作用于非极性表面，通过水调解。在与DNA聚离子周围的电场相当的场强下，我们预测作用于相邻纳米颗粒的扭矩足以克服热波动。这些扭矩可以使表面小至1 nm 2的颗粒对齐。该机制可以支持悬浮纳米粒子的电控排序作为调整其性能的手段，并可以在电纳米机械设备中找到应用。
2008-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrophoretic mobility without charge driven by spontaneous polarization of the nanoparticle/water interface
当水与疏水性溶质或空气接触时自发发生的界面极化与均匀的外部场耦合以产生作用于悬浮颗粒的非零力。这种力甚至在没有净粒子电荷的情况下也存在，并且其方向受界面水的一阶、偶极和二阶、四极取向序参量的影响。四极极化产生有效的负电荷。相应的表面电荷密度与剪切表面的面积成反比。因此，从四极极化的颗粒迁移率的整体贡献变得可以忽略不计相比，实验报告的值超过几个纳米的大小的颗粒。界面的偶极序决定了亚微米粒子的零电荷迁移率。相应的动电电荷由界面偶极子相对于表面法线的择优取向决定。
2013-06-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Rotational and translational diffusion of anisotropic gold nanoparticles in liquid crystals controlled by varying surface anchoring
我们研究了分散在液晶流体中的各向异性金纳米粒子的平移和旋转扩散。实验数据揭示了平移扩散的各向异性强相对于均匀的远场导演，这是依赖于胶体的形状和表面功能化，以及对它们的基态排列。例如，平行于远场指向矢排列的细长NP沿着指向矢更快速地扩散，而垂直于指向矢取向的NP的扩散在垂直于它的方向上更快，同时它们也经历弹性约束的旋转扩散。要了解这些丰富的扩散特性的各向异性纳米胶体在单轴各向异性的流体介质中的物理起源，我们比较它们的各向同性流体中的扩散的长椭圆形和扁椭圆形的颗粒，以及扩散的形状各向同性的颗粒在流体中。我们还表明，与光敏偶氮苯基团的纳米粒子的表面功能化允许在原位控制其扩散性，通过反-顺异构化，改变表面锚定。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Visualizing Transient Ordering Phenomena in Dense Nanoparticle Clouds
University of Regensburg（雷根斯堡大学）
利用液相透射电子显微镜直接成像密集金纳米粒子云，揭示了不同密度下的粒子有序现象，包括纳米空间中的局部结构、高密度下的无序动态云和可逆超晶格形成。
2026-06-11 cond-mat.soft
Impact of BaTiO$_3$ nanoparticles on phase transitions and dynamics in nematic liquid crystal - temperature and pressure studies
在不同的压力或温度下，对纯5 OCB和由5 OCB和顺电或铁电BaTiO ${_3}$纳米颗粒（NPs）组成的纳米胶体进行了宽带介电谱（BDS）。我们发现了强烈的影响，纳米粒子的静态和动态相行为。特别是，最强的影响pretransitional行为观察到一个相对较低浓度的NP，我们归因于NP诱导的疾病。顺磁性或铁磁性的纳米粒子没有显着影响测量。然而，在纳米胶体中使用温度或压力路径测量的几个特征显著不同，与纯LC化合物中观察到的行为相反。使用FDSE（分数Debye-Stokes-Einstein）关系测试动力学性质，分别产生温度和压力路径的分数系数S = 0.71和S = 0.3。
2017-02-24 cond-mat.soft
Enhancing nanoparticle diffusion on a unidirectional domain wall magnetic ratchet
纳米级磁性器件的性能通常受到热波动的限制，而在微纳流体应用中，相同的波动可用于扩散反应物或药物。在这里，我们展示了受控的运动和增强的磁性纳米粒子的扩散，操纵和驱动跨越一系列的布洛赫壁内的外延生长的铁氧体石榴石膜。我们使用旋转的磁场来产生行波势，其以频率可调的速度单向地传输纳米颗粒。引人注目的是，我们发现沿推进方向的扩散增强和频率依赖的扩散系数，可以通过改变系统参数精确地控制。为了解释所报道的现象，我们开发了一种理论方法，该方法显示出与实验数据的公平一致性，从而能够精确解析表达磁调制周期性景观上方的增强扩散率。我们的技术，以控制驱动的磁性纳米粒子的热波动代表了一个通用的和强大的方式来可编程地传输磁性胶体物质的流体，打开了大门，不同的流体应用的基础上，利用磁畴壁棘轮。
2018-11-14 cond-mat.soft
Shaping nanoparticle fingerprints at the interface of cholesteric droplets
本文通过调节表面活性剂与手性掺杂剂浓度，在胆甾相液晶液滴界面动态塑造可调控、可交联的纳米颗粒图案，为光学和能源应用中的可重构材料设计提供基础。
2018-04-12 cond-mat.soft
Redispersible Hybrid Nanopowders: Cerium Oxide Nanoparticle Complexes with Phosphonated-PEG Oligomers
稀土氧化铈（二氧化铈）纳米粒子的稳定使用端功能膦酸化的PEG低聚物。所得到的混合核-壳单态纳米胶体的络合过程和结构的描述，其特征在于和建模使用光和中子散射数据。的吸附机制是非化学计量，产生的吸附链的数量每颗粒Nads = 270饱和。吸附等温线显示膦酸酯头对二氧化铈表面的高亲和力（吸附能~-16kT），表明络合的静电驱动力。通过形成覆盖有良好锚定的PEG层的纳米尺寸的氧化铈颗粒，突出了络合的容易性、效率和完整性，保持了原始溶胶的特性。这种溶剂化刷状层足以溶解颗粒并大大扩展原始溶胶的稳定范围直至pH = 9。我们强调定制溶胶的两个关键属性：i）官能化后的强UV吸收能力和ii）在冷冻干燥后作为粉末以不同浓度作为单线态纳米胶体在水性或有机溶剂中再分散的能力。这个强大的平台能够将矿物氧化物纳米颗粒的固有特性转化为关键的最终用途。
2008-04-21 cond-mat.soft
The origin of mechanical enhancement in polymer nanoparticle composites with ultra-high nanoparticle loading
具有超高纳米颗粒负载量（> 50%）的聚合物纳米颗粒复合材料（PNC）已经显示出与其组分的纯体系相比同时表现出显著改善的强度、刚度和韧性。最近的实验研究表明，即使在低聚合物填充分数，硬度和模量显着增加的聚合物填充分数在这些高负载的PNC的效果。在这项工作中，我们的目标是通过检查拉伸变形下的聚合物和纳米粒子（NP）的动力学来了解这些性能增强的起源。我们进行分子动力学（MD）模拟的粗粒度，玻璃状聚合物在随机紧密包装的纳米粒子填料与不同的聚合物填充分数。我们表征的PNC系统的力学性能，比较NP重排行为，并研究在聚合物玻璃化转变以下的变形过程中的聚合物链段和链级动力学。我们的模拟结果证实了实验观察到的模量在低聚合物填充分数的增加，我们提供的证据表明，机械增强的来源是聚合物桥接效应。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Capturing the slow relaxation time of superparamagnetic colloids in time-varying fields
该研究通过测量旋转磁场中胶体间的有效势，发现超顺磁胶体存在比以往报道更长的磁弛豫时间，深化了对复杂磁场中胶体磁化机制的理解。
2024-02-09 cond-mat.soft
The pH-dependent electrostatic interaction of a metal nanoparticle with the MS2 virus-like particles
金属纳米粒子与病毒的静电相互作用由于其抗病毒活性和在超低浓度下增强病毒检测的作用而引起了极大的兴趣。我们使用核-壳模型来模拟缺少单链RNA核心的MS 2病毒。在我们的相互作用模型中考虑了内外表面电荷密度对pH值的依赖性。改变pH值会导致外表面电荷的符号发生变化，从而在pH = 4时导致MS 2病毒和金属纳米颗粒之间的静电相互作用发生吸引-排斥转变。
2019-05-25 cond-mat.other cond-mat.soft physics.bio-ph
Particle size controlled magnetic loss in magnetite nanoparticles in RF-microwave region
本文利用复磁导率研究250 MHz–3 GHz内11–16 nm Fe3O4纳米流体，证明粒径与静磁场可调控共振、吸收及反射损耗。
2019-11-18 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Dynamic Control of Third-order Nonlinear Optical Properties of Gold Nanoparticle/Liquid Crystal Composites under External Electric Fields
本研究针对金纳米粒子/向列相液晶复合材料，通过外电场调控液晶重构以改变金纳米粒子排列与二聚体形成，实现三阶非线性光学吸收性质的动态控制，为可调谐光子器件提供了可能。
2025-02-14 cond-mat.soft physics.optics
Time dependence of advection-diffusion coupling for nanoparticle ensembles
与纯扩散相比，对流-扩散耦合可以将颗粒和溶质分散增强几个数量级，其中对于诸如纳米孔或血管的受限流动区域达到稳定状态。在这里，通过使用倏逝波显微镜，我们测量的第一次完整的动态泰勒色散，突出了初始浓度分布的关键作用。我们在亚微米近表面流动中进行随时间变化的纳米分辨颗粒分散测量，包括纳米颗粒尺寸、速度梯度和粘度。这样的分辨率允许测量的完整的动态方法和交叉到稳定状态，揭示了一个家庭的主曲线。值得注意的是，我们的研究结果表明，动力学敏感地依赖于纳米粒子的初始空间分布。这些观察结果与现有的分析模型和数值模拟在定量上一致。我们预计，我们的研究将是在纳米尺度上观察和模拟更复杂情况的第一步，例如在纳米约束流中的目标寻找和化学反应，动态吸附和捕获问题，以及纳米级药物递送系统。
2021-04-29 cond-mat.soft physics.class-ph
Mechanism of Structural Colors in Binary Mixtures of Nanoparticle-based Supraballs
受到鸟类物种结构色的启发，已经开发了各种合成策略，使用纳米颗粒组装来产生非虹彩的饱和颜色。在颗粒化学（或复折射率）和颗粒尺寸方面变化的纳米颗粒的混合物具有影响所产生的颜色的额外的涌现性质。对于这种复杂的多组分系统，对组装结构的理解以及强大的光学建模工具可以使科学家能够进行深入的结构-颜色关系研究，并制造具有定制颜色的设计师材料。在这里，我们演示了如何使用散射实验的计算逆向工程分析（CREASE）方法从小角度散射测量中重建组装结构，然后在时域有限差分（FDTD）计算中使用重建的结构来预测颜色。我们成功地，定量预测实验观察到的颜色在混合物中含有强烈吸收黑色素纳米颗粒，并证明了一个单一的隔离纳米粒子的颜色产生的影响。在这项工作中提出的通用计算方法是有用的工程合成材料所需的颜色，而无需费力的试验和错误的实验。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Nanoparticle Taylor dispersion near charged surfaces with an open boundary
剪切流中微观颗粒的弥散扩散受平流和热运动的共同影响。在纳米尺度上，这些粒子与其限制边界之间的相互作用变得不可避免。我们解决的作用，静电排斥和吸收的空间分布和分散的带电纳米粒子在近表面的剪切流，观察下倏逝照明。通过改变电解质浓度来调节颗粒与较低带电表面之间的静电排斥。离开视野的粒子可以从进一步的分析中忽略，使得实验系综等效于具有吸收的泰勒色散。这两种成分改变了颗粒分布，在这里研究的纳米尺度上强烈偏离吉布斯-玻尔兹曼分布。总体效果是限制了粒子可获得的空间，导致与非相互作用情况相比，扩散动力学显著减少了十倍。
2023-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Induced phase transformation in ionizable colloidal nanoparticles
针对可电离胶体体系pH效应建模困难的问题，通过布朗模拟得到随pH变化的相图，发现pH升高使酸基颗粒从面心立方堆积转无序，揭示高平均电荷下电荷调控诱导胶体无定形固体的机制。
2023-10-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Shape Selection in Diffusive Growth of Colloids and Nanoparticles
我们报告的数值研究的三维模型的扩散生长的细颗粒，其内部结构对应于不同的晶格。生长的簇（颗粒）浸没在扩散（非晶格）单体的周围介质中，并与扩散（非晶格）单体交换单体构建块。后者的表面上的动力学占允许，除了分离，单体运动到邻近的空晶体位点，根据概率规则模仿本地热化。我们的模型的关键新功能是专注于一个单一的集群的增长，作为一个结晶的核心，没有发展的缺陷，可以控制大规模的增长模式。这种单一的、无缺陷的核心增长是由所假设的特定动力学规则强加的。我们的结果提供了一个可能的解释实验观察到的形状均匀性，即，在合成均匀的胶体和纳米颗粒时，固定的、近似均匀尺寸的比例。我们展示了定义明确的颗粒形状出现在这样的增长的基本原则。具体地，对于给定的晶体结构，几种形状是可能的。形成遵循晶体对称性且均匀的形状可能是生长过程的非平衡性质的结果。生长颗粒的形状可以通过改变动力学过程的相对速率以及通过调节周围介质中单体的浓度来控制。
2009-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tracking the Brownian motion of DNA-functionalized magnetic nanoparticles for conformation analysis beyond the optical resolution limit
University of Kassel（卡塞尔大学）；Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT)（跨学科纳米结构科学与技术中心）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）
通过布朗运动分析DNA功能化磁性纳米颗粒的构象，超越光学分辨率极限，揭示水动力学标度与dsDNA长度的关系。
2026-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
