Sedimentation and Levitation of Catalytic Active Colloids
通过使固体微粒的密度与周围流体的密度相匹配，可以很容易地关闭胶体悬浮液中的重力效应。通过研究具有可调浮力的催化微游泳者的运动，我们表明，这种策略不能被采用的活性胶体悬浮液。如果平均浮力减小，由于游动速度与引力场反向对齐，观察到样品池顶壁处的明显积聚。即使当粒子到达平壁时，引力矩仍然决定准二维主动运动的性质。我们的研究结果突出了重力在活跃系统中的微妙作用。
2022-11-08 cond-mat.soft
Steady state sedimentation of ultrasoft colloids
超软胶体-星形聚合物-暴露在一个统一的外力场的结构和动力学性质进行了分析，应用多粒子碰撞动力学方法，混合粗颗粒介观模拟方法，捕捉热波动和远程流体动力学相互作用。在弱场极限下，星形聚合物的结构几乎不变，然而在中间状态下，回转回转半径减小，特别是横向于沉降方向。在强磁场的极限下，回转半径随磁场强度的增加而增加。相应地，沉降系数随着场强的增加而增加，通过最大值并在高场强下再次减小。最大值取决于星形聚合物的官能度。高场强导致对称性破缺与尾随，强烈拉伸的聚合物臂和紧凑的星形聚合物体。在弱场线性响应区，沉降系数遵循星形聚合物在官能度和臂长方面的标度关系。
2018-03-08 cond-mat.soft
Sedimentation of a Colloidal Monolayer Down an Inclined Plane
本文研究了沿斜面沉积的胶体单分子层的受驱动集体动力学。平行于底壁的重力的作用在每个胶体周围产生流动，并且随着局部密度的增加，胶体之间的流体动力学相互作用加速沉积。这导致了一个普遍的“三角形”不均匀密度分布的创建，与一个旅行的密度激波在前沿移动在下坡方向。与由施加的扭矩而不是力驱动的胶体单层中的密度冲击不同[Phys. Rev. Fluids，2（9）：092301，2017]，沉降过程中的密度前沿在很长一段时间内保持稳定，即使它形成了数十个颗粒直径的粗糙度。通过实验测量和基于粒子的计算机模拟，我们发现，Burgers方程可以模拟沿沉积方向的密度分布作为时间的函数显着，与适度的改善，如果非线性守恒定律帐户的次线性依赖的集体沉降速度对密度。
2020-11-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of vertical confinement on gelation and sedimentation of colloids
我们考虑胶态凝胶在重力方向的限制下的沉降。限制使我们能够直接比较实验和计算机模拟，在垂直方向上相同的系统尺寸。与散装系统相比，限制也导致定性不同的行为：在大系统中，凝胶化抑制沉降，但对于小系统，相对于非凝胶化悬浮液，沉降增强，尽管当胶体之间的吸引力强度较强时，沉降速率降低。我们映射模型实验系统（在真实空间中观察）和计算机模拟之间的相互作用参数。值得注意的是，我们发现，当模拟系统使用布朗动力学，其中颗粒之间的流体动力学相互作用被忽略，我们发现，沉降发生在相同的时间尺度上的实验，但厚度的凝胶的“臂”是相当大的实验中，与模拟相比。模拟中的局部结构分析表明，在没有重力的情况下，凝胶化的行为类似。
2017-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Case Study of Sedimentation of Charged Colloids: The Primitive Model and the Effective One-Component Approach
本文从理论上和蒙特卡罗模拟两方面计算了电荷稳定胶体悬浮液的沉降-扩散平衡密度分布，其中既包括胶体颗粒通过成对屏蔽库仑排斥相互作用的单组分模型，也包括胶体、阳离子和阴离子与非屏蔽库仑相互作用的三组分模型。我们专注于实验测量可用的状态点[C. P. Royall等人，J.物理学：Cond.马太福音{ \bf 17}，2315（2005）]。尽管从单组分模型和三组分模型中出现了明显不同的图像（在前者中排斥胶体相互推到高空，而在后者中自生电场将胶体推到高空），但我们从理论和模拟中发现两种模型的胶体密度分布相似，从而表明这些图像代表了同一现象的不同观点。从一个有效的单组分模型MC模拟和理论，连同MC模拟的多组分原始模型的沉积配置文件是一致的，但不同的定量结果的理论多组分描述在泊松-玻尔兹曼水平。我们发现，对于小的和中等的胶体电荷的泊松-玻尔兹曼理论给出的配置文件在良好的协议与有效的单组分理论，如果使用一个较小的有效电荷。我们将这种差异归因于泊松-玻尔兹曼理论中对相关性的处理不佳。
2007-02-20 cond-mat.soft
Rotational averaging-out gravitational sedimentation of colloidal dispersions and phenomena
我们报告的胶体系统之间的差异离开地球的引力场和相同的系统，其中一个缓慢的连续旋转平均了颗粒沉降的影响，在一个距离尺度小的颗粒大小相比。几个系统的微米级胶体颗粒进行了研究：硬球流体，胶体相互作用通过远程静电排斥以上的冻结体积分数，带相反电荷的胶体系统接近凝胶化和/或结晶，胶体与竞争的短程耗尽吸引力和远程静电排斥，胶体偶极链，胶体金血小板的条件下，他们形成堆栈。在允许颗粒沉降的实验和沉降被平均的实验之间观察到结构形成的重要差异。例如，在胶体通过远程静电排斥相互作用的情况下，在重力的作用下，在整个悬浮液中观察到稀流体/稀晶体/致密流体/致密晶体相的不寻常序列，这与胶体相互作用的体积分数相关，而系统保持均匀结晶，旋转。对于带相反电荷的胶体，凝胶状结构被发现在重力的影响下崩溃，在沉淀物的顶部生长有一些结晶层，而当胶体沉淀被平均化时，凝胶完全转化为在整个样品中随机取向的微晶。旋转平均重力沉降是一种有效而廉价的方法来估计重力对胶体自组装过程的重要性。
2011-11-18 cond-mat.soft physics.space-ph
Sedimentation of active colloidal suspensions
本文对重力场作用下活性胶体悬浮液的非平衡稳态进行了实验研究。活性粒子由化学动力胶体制成，在添加燃料（这里是过氧化氢）的情况下显示出自我推进。在专用的微流体装置中研究了活性悬浮液，该装置由可渗透的凝胶微结构制成。单个胶体的微观动力学和重力下的悬浮液的全球静止状态-密度分布，数量波动-用光学显微镜测量。这允许连接的沉降长度的个人自推进的动态，这表明在本稀释制度的活性胶体的行为作为“热”粒子。我们的工作是人工活性系统的非平衡性质的实验探索的第一步。
2010-04-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
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
Sedimentation of strongly and weakly charged colloidal particles: Prediction of fractional density dependence
我们报告计算的减少沉降速度$U/U_{0}$在均匀的悬浮液中的强，弱电荷的胶体球作为一个功能的颗粒体积分数$ϕ$。对于低盐度的强电荷球的稀悬浮液，$U/U_{0}$很好地由具有分数指数$α=1/3$和参数$p\simeq 1.8$的参数形式$1-pϕ^α$表示，该参数基本上与宏离子电荷$Z$无关。这种非线性的体积分数依赖性可以定量地理解的有效硬球与$ϕ$依赖性的直径的模型。对于去离子溶剂中的弱电荷球，如果Petsev和Denkov给出的$α$的表达式[J.Colloid Interface Sci. 149，329（1992）]。我们进一步表明，该表达式的有效性范围仅限于非常小的值的$ϕ$和$Z$，这可能是不可访问的沉降实验。所提出的结果也可能适用于其他系统，如球形蛋白质或离子胶束。
1999-07-09 cond-mat.soft
The Role of Solid Friction in the Sedimentation of Strongly Attractive Colloidal Gels
我们从实验和理论上研究了由强聚集的胶体颗粒制成的凝胶的沉降，重点是当机械平衡渐近达到时的长时间行为。发现渐近凝胶高度随初始高度线性变化，这一发现与最近对类似凝胶的研究形成鲜明对比[Manley \textit{et al.} 2005 \textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{94} 218302]。我们表明，渐近压实的结果之间的平衡重力拉，网络弹性，和固体之间的摩擦凝胶和容器壁。基于这些成分，我们提出了一个简单的模型来解释高度损失对初始高度和体积分数的依赖性。作为我们的分析结果，我们表明，凝胶和容器壁之间的静摩擦系数强烈依赖于体积分数：体积分数越高，固体摩擦越弱。这种非直观的行为可以用简单的缩放参数来解释。
2006-10-05 cond-mat.soft
Collective sedimentation of colloids in grafted polymer layers
我们提出了蒙特卡罗模拟的胶体粒子拉到接枝聚合物层的外场。插入自由能的一个单一的胶体到聚合物层是定性不同的表面与有序和无序分布的接枝点。此外，胶体颗粒穿过接枝层的趋势强烈地依赖于尺寸。在致密的胶体悬浮液中，在足够强的外力的影响下，集体不稳定性允许胶体渗透并形成跨越聚合物层的内部有序的柱状结构。根据条件，这些胶体团簇可以是孤立的或横向扩散的。观察到的图案的形态可以通过外场控制，这为薄结构薄膜的设计开辟了新的途径。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sedimentation equilibrium as a probe of the pressure equation of state of active colloids
本文提出从活性悬浮液沉降平衡剖面提取压力状态方程的理论与计算框架，基于一维活性布朗粒子模型，通过精确力学方法恢复压力，并与周期模拟对比，为实验测量和材料设计提供基础。
2025-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Protein-Polymer Mixtures in the Colloid Limit: Aggregation, Sedimentation and Crystallization
虽然蛋白质被视为具有球对称相互作用的粒子，但实际情况要复杂得多。迈向更高复杂性的一个简单步骤是将蛋白质视为非球形颗粒，这就是我们在这里追求的方法。我们研究了增强型绿色荧光蛋白（eGFP）在加入非吸附性聚合物聚乙二醇（PEG）后的相行为。从小角度X射线散射，我们推断eGFP经历二聚化，并且我们将二聚体视为具有纵横比$L/D-1 = 1.05$的球形圆柱体。尽管复杂的性质的蛋白质，我们发现，相行为是类似的硬spherocylinders与理想的聚合物expletant，表现出聚集，并在一个小区域的相图，结晶。通过比较我们对聚集开始的测量与对硬胶体和理想聚合物的预测[S. V. Savenko和M. Dijkstra，J. Chem. Phys 124，234902（2006）和F. lo Verso等人，E73，061407（2006）]中，我们发现了良好的一致性，这表明eGFP蛋白与硬球柱和理想聚合物一致。
2021-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
On the interplay between sedimentation and phase separation phenomena in two-dimensional colloidal fluids
被限制在界面上的胶体颗粒有效地形成了二维流体。我们研究了这种胶体的动力学，当它们受到恒定的外力，驱动它们在一个特定的方向上的表面。例如，当容器倾斜一个角度时，这种情况就发生在已经沉降到容器底部的胶体颗粒上，这样它们就"沉降"到表面的下边缘。我们特别关注的情况下，当有吸引力的胶体，使它们相分离成高密度和低密度的区域，我们研究这种相分离的沉降过程中的影响。我们模拟的胶体作为布朗粒子，并使用布朗动力学计算机模拟和动力学密度泛函理论（DDFT），以获得的整体平均单体密度分布的胶体的时间演化。我们考虑的情况下，外部电位只在一个方向上变化，使合奏平均密度分布只在这个方向上变化。我们在一维求解DDFT，假设密度分布只在一个方向上变化。然而，我们也解决了二维的DDFT，允许流体密度分布在$x$-和$y$-方向上变化。我们发现，在某些情况下，二维的DDFT是明显优于其一维对应相比，模拟，我们讨论了这个问题。
2010-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transport properties of monodisperse and bidisperse hard-sphere colloidal suspensions from multiparticle collision dynamics simulations
Auburn University（奥本大学）
通过多粒子碰撞动力学模拟研究单分散和双分散硬球胶体悬浮液的输运性质，发现双分散体系在直径比为2和4时的沉降速度与文献一致，揭示了模拟方法对离散化效应的敏感性。
2026-02-26 cond-mat.soft
The interplay of sedimentation and crystallization in hard-sphere suspensions
我们通过布朗动力学模拟研究了胶体硬球模型中沉降影响下的晶体成核。我们引入了两个作用于胶体流体的外场：一个是均匀的引力场（体积力），另一个是通过钉扎一层平衡粒子而施加的表面场（粗糙壁）。我们发现，晶体成核被抑制在附近的墙壁由于减慢的动力学，这种效果的空间范围是由静态长度尺度的键取向顺序。对于距离壁大于这个长度尺度的距离，成核速率通过沉降过程大大增强，因为它导致在底部附近更高的体积分数或更高的过冷度。成核阶段类似于均质情况，核平均为球形并且具有在空间中随机取向的晶面。相反，生长阶段受到引力场引入的对称性破缺的极大影响，密度梯度导致附着率减慢，这反过来又导致原子核横向生长得更快。我们的研究结果表明，晶体成核的增加，在较高的密度区域可能是硬球的晶体成核率的实验和模拟之间的巨大差异的原因，注意到在以前的实验中的重力效应是不可忽略的。
2013-07-02 cond-mat.soft
The sediment of mixtures of charged colloids: segregation and inhomogeneous electric fields
我们从理论上研究了具有不同浮力质量和/或电荷的胶体颗粒的稀二元、三元和多分散混合物的沉降扩散平衡。我们专注于低盐制度，在那里的熵的筛选离子驱动自发电荷分离和形成一个不均匀的宏观电场。由此产生的电力解除胶体对重力，产生高度非气压，甚至非单调的胶体密度分布。最深刻的影响是分离成具有相等质量/电荷的胶体层的现象，包括重胶体物质漂浮在较轻物质上的可能性。
2005-04-18 cond-mat.soft
Realisation of the Brazil-nut effect in charged colloids without external driving
本文实验证明二元带电胶体可在无外部驱动下仅凭布朗运动和静电作用产生巴西果效应，并结合理论揭示质荷比、高密度亚稳态及电荷调节对沉降分层的影响。
2023-08-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
`Exact' solutions of the full electrokinetic model for soft spherical colloids: Electrophoretic mobility
标准动电模型的数值解为解释涉及“裸”胶体的各种动电现象提供了基础。然而，该模型依赖于剪切或滑动平面的经典概念，其位置是未知的，当表面涂有渗透性聚合物。因此，一个电动力学模型的“软”，“毛”或“模糊”胶体已开发，但直到最近的解决方案，只有几个有限的情况下，最值得注意的是颗粒薄，均匀的层，没有极化和松弛。在这里，我们提出了各种软胶体的完整模型的数值精确的解决方案，包括PEG-包覆的脂质体，PEO-包覆的胶乳，人红细胞，和胶束。特别注意的是连接的厚度，密度和渗透性的涂层，这是模型中的关键参数，“物理”量，如聚合物分子量，吸附量，和流体动力学层厚度。本文还确定了限制-离子强度，颗粒大小，层厚度和渗透性-超过早期的理论崩溃。简而言之，极化和弛豫对软胶体的流动性的影响与对“裸”颗粒的影响一样大。
2005-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Surfactant Induced Catastrophic Collapse of Carbon Black Suspension used in Flow Battery Application
炭黑颗粒在用于电化学氧化还原液流电池的浆料电极中充当电子导电添加剂。炭黑颗粒在浆料电极中的稳定性和分散性是其储存和电池有效运行的关键参数。通过添加非离子表面活性剂来改性炭黑浆料制剂可以潜在地赋予所需的性质，例如良好的颗粒分散性、重力稳定性和流动性，从而赋予液流电池更好的性能。与典型的浆料电极配方匹配，我们将炭黑颗粒分散在1M H $_2$ SO $_4$中，其中体积分数$ϕ$ = 0.01至0.06并且c $_{surf.}$ = 0、0.05和0.1M。流变学研究表明，炭黑悬浮液具有胶体凝胶的性质。通过使用定制相机设置在比色皿中随时间跟踪颗粒床的高度来测量该过程的沉降动力学。这里的沉降动力学明显类似于凝胶坍塌。在短时间内，我们观察到快速沉积与结构崩溃的凝胶和在长时间非常缓慢的沉积与压实的沉积物。在$α$（= c $_{surf.}$/c $_{CB}$）$<$ 0.7下，将非离子表面活性剂（Triton X-100）添加到高于CMC的溶剂中改善了颗粒分散并增加了凝胶弹性。然而，对于$α>$，0.7导致形成较弱的凝胶，其在重力下表现出"灾难性坍塌"并且具有较低的粘度。
2022-09-25 cond-mat.soft
Hydrodynamic Stability Criterion for Colloidal Gelation under Gravity
本文通过布朗动力学与格子玻尔兹曼模拟，研究重力对胶体凝胶形成过程的影响，提出基于新生团簇加速沉降的稳定性判据，并分析了临界体积分数以上凝胶网络力学主导的沉降行为及最终沉积物状态。
2023-03-24 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
