Axisymmetric Pushing of a Spherical Cargo using an Active Spherical Janus Motor
本文研究自扩散泳Janus马达轴对称推动球形货物的流体动力学，提出双多极模拟方法，揭示悬停与等速平移条件，为微纳马达操控提供理论依据。
2025-01-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Rotational and translational drags of a Janus particle close to a wall and a lipid membrane
本文通过测量单个Janus球形布朗粒子的平动与旋转阻力系数，研究了粒子靠近固体壁面和脂质双层膜时的流体动力学耗散，发现膜变形帽区域的耗散对阻力有重要贡献。
2023-09-21 cond-mat.soft
Angular Trapping of Spherical Janus Particles
发展角捕获方法，这将使光镊旋转的微粒，是非常重要的生物大分子在广泛的扭矩产生过程中的研究。在这里，我们报告了一种新的控制角捕获方法的基础上复合Janus粒子。我们使用一个化学合成的Janus粒子，它由两个半球分别由聚苯乙烯（PS）和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA），作为一个模型系统来演示这种方法。通过计算和实验研究，我们证明了在线偏振激光阱中控制Janus粒子旋转的可行性。结果表明，Janus粒子的两个半球的界面平行于激光的传播方向以及激光的偏振方向。在我们的实验中，粒子的旋转状态可以很容易地和直接可视化通过使用CMOS相机，而不需要复杂的光学检测系统。通过控制激光的偏振方向，可以完全实时地控制激光阱中Janus粒子的旋转。我们新开发的角捕获技术具有易于实现和实时可控的巨大优势。考虑到Janus粒子易于化学合成和角捕获的实现，这种新方法有可能成为一种通用的角捕获方法。我们预计，这种新方法将显着扩大角捕获在生物物理学界的可用性，并扩大角捕获方法可以实现的研究范围。
2020-05-26 cond-mat.soft physics.optics
Diffusion of a Janus nanoparticle in an explicit solvent: A molecular dynamics simulation study
采用分子动力学模拟研究了稠密Lennard-Jones流体中单个Janus粒子的平移和旋转扩散。我们考虑一个球形粒子的两个半球不同的润湿性。粒子动力学的分析是基于时间相关的取向张量，粒子位移，以及平移和角速度自相关函数。结果发现，平移和旋转扩散系数增加，在非润湿半球的表面能降低，只要另一个半球的润湿性保持不变。我们还观察到，在均匀的颗粒相比，Janus粒子的非润湿半球往往在旋转弛豫时间的位移矢量的方向旋转。
2015-05-14 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
Dynamics of self-propelled Janus particles in viscoelastic fluids
实验研究了球形Janus胶体粒子在粘弹性流体中的主动运动。自推进是通过激光照射施加的临界聚合物混合物的局部浓度梯度来实现的。即使在该制度中，流体的粘度是独立的颗粒引起的变形率，我们发现一个显着的增加高达两个数量级的旋转扩散随着颗粒速度的增加，这可以描述由一个有效的旋转扩散系数依赖于Weissenberg数的现象。我们表明，这种效应引起的粘弹性介质中的微泳者的外力取决于其方向的高度各向异性的响应。
2016-03-16 cond-mat.soft
Crystal phases of two dimensional assembly of triblock Janus particles
最近的实验工作对球形胶体颗粒装饰有两个疏水极由带电的中间带（三块Janus颗粒）分开，已经证明了自组装成Kagome二维晶格，当颗粒被重力限制在样品架底部时[Q. Chen { \em et. al.}，Nature，in press].在这里，我们评估的能力，以前提出的简单的两个补丁有效的潜力，重现实验结果。我们表明，有效的潜力是能够重现所观察到的结晶路径中的可果美结构。基于自由能的计算，我们还表明，Kagome晶格在低温和低压下是稳定的，但它转变成一个六方晶格与交替的吸引力和排斥带的压力增加。
2011-01-20 cond-mat.soft
Self-Assembly of Patchy Colloidal Dumbbells
我们采用蒙特卡罗模拟研究了通过修正的Kern-Frenkel势相互作用的块状哑铃胶体的自组装，通过探测系统的浓度和哑铃形状。我们考虑哑铃组成的一个有吸引力的球的直径$σ_1$和一个排斥球的直径$σ_2$和中心到中心的距离$d$之间的领域。对于三种不同的尺寸比，我们研究了两个球之间不同间距$l = 2d/(σ_1+σ_2)$的自组装结构。特别是，我们专注于可以从均匀流体组装的结构，因为这些可能是在实验中感兴趣的。我们使用簇序参数来分类所形成的结构的形状。当球的大小几乎相等时，$q=σ_2/σ_1=1.035$，我们发现，在增加$l$，球形胶束转化为细长胶束，并最终囊泡和双层。对于尺寸比$q=1.25$，我们观察到一个连续可调的过渡，从球形到细长的胶束时，增加球分离。对于尺寸比$q=0.95$，我们发现双层和囊泡，加上多面体和液滴。我们的研究结果确定了关键参数，以创建有吸引力的哑铃在实验中的胶体囊泡。
2014-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orbits, spirals, and trapped states: Dynamics of a phoretic Janus particle in a radial concentration gradient
本文提出球形趋化Janus粒子在径向浓度梯度中的理论模型，解析其速度，发现较线性梯度更丰富的动力学行为（含圆形轨道与俘获态），并揭示趋化迁移率比是调控关键，为微尺度操控与表面性质测量提供新途径。
2025-05-26 cond-mat.soft
Dilute suspensions of Janus rods: the role of bond and shape anisotropy
本研究利用Monte Carlo模拟考察尖端功能化Janus硬球柱体在低密度下的组装，揭示形状与键合各向异性及相互作用参数对胶束、囊泡和层状相等结构的调控作用。
2024-06-12 cond-mat.soft physics.comp-ph
Fast and accurate solvers for simulating Janus particle suspensions in Stokes flow
我们提出了一种新的计算框架，模拟刚性球形Janus粒子在斯托克斯流中的悬浮液。我们表明，远程Janus粒子相互作用的广泛的应用可以解决使用快速，光谱精确的边界积分方法定制的多分散悬浮液的球形颗粒。这些都被纳入我们的刚体斯托克斯平台。我们的方法的特点是使用球谐展开的光谱精确的积分算子的评估，互补性为基础的碰撞解决方案，和最佳O（n）缩放粒子数时，通过快速求和技术加速。我们通过三个在生物医学应用中突出的Janus粒子系统的关键例子展示了我们平台的灵活性：两亲性，双极电和泳动粒子。我们制定Janus粒子相互作用的边界积分形式和展示特征的自组装和复杂的集体行为为每种粒子类型。
2021-04-29 cond-mat.soft cs.CE cs.NA
Critical adsorption of polyelectrolytes onto charged Janus nanospheres
基于广泛的蒙特卡罗模拟和分析的考虑，我们研究了静电驱动的柔性链吸附到带电Janus纳米球。这些净中性胶体由两个相等但带相反电荷的半球组成。的临界结合条件的Janus粒子的半径和它的表面电荷密度，以及周围的溶液中的盐浓度的函数进行了分析。特别是对于有限长度的双链到Janus纳米颗粒的吸附，我们证明了当Janus颗粒的大小或电解质的筛选长度变化时，临界吸附条件有很大不同。我们比较的尺度律得到的吸附-解吸阈值均匀带电的球形粒子的已知结果，观察显着的差异。我们还对比了Janus纳米颗粒的吸附-脱附转变附近的α链构象和结合能分布的变化，以及简单球形颗粒的变化。最后，我们讨论了实验相关的物理化学系统，我们的模拟结果可能变得重要。特别是，我们观察到类似的趋势与相反的，但异质性带电的蛋白质的复合物。
2014-12-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Wrapping pathways of anisotropic dumbbell particles by giant unilamellar vesicles
该研究结合GUV实验、理论与分子动力学模拟，揭示膜张力及哑铃颈部曲率变化如何决定各向异性颗粒的包裹路径、速度与最终状态。
2023-01-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hierarchical Self-Assembly of Asymmetric Amphiphatic Spherical Colloidal Particles
从哑铃FCC晶体，我们研究的自组装路径的两亲性，球形胶体粒子的疏水区域的大小的函数，使用分子动力学模拟。具体来说，我们分析了如何本地粒子间的相互作用与最终的自组装聚集体，以及它们如何影响结构形成的动力学途径。我们提出了一个详细的图表，分离了我们发现的不同大小的疏水区域的许多相，并揭示了一个狭窄的区域，在那里颗粒自组装成中空的，多面的笼子，可能会发现有趣的工程应用。
2009-08-21 cond-mat.soft
Direct Assembly of Magnetic Janus Particles at a Droplet Interface
纳米粒子在流体-流体界面的自组装是自下而上制备功能材料的一条很有前途的途径。然而，将粒子引导和控制到高度可调和可预测的结构中--虽然至关重要--却是一项挑战。我们提出了一种液体界面辅助的方法来制备纳米结构与可调性能。为了证明其可行性，我们研究磁性Janus粒子吸附在一个球形液滴放置在基板上的接口。当外部磁场打开时，单个粒子移动到其相对于液滴中心的位置矢量平行于所施加的场的方向的位置。多个磁性Janus粒子排列成可重构的六边形晶格结构，并且可以通过简单地改变磁场方向而被引导以在液滴界面上的期望位置处组装。我们开发了一个界面能模型来解释我们的观察，发现很好的协议。最后，我们证明了外部磁场允许\revisedtext{one}调整液滴蒸发时获得的颗粒沉积图案。我们的研究结果对在纳米器件、有机电子或先进的显示、印刷和涂层应用中使用的基底上制造各种纳米结构具有影响。
2019-01-17 cond-mat.soft
'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
Revisiting the Phase Diagram of Hard Sphere Dumbbells with Nested Sampling: Known Phases and New Packing Variants
University of Warwick（华威大学）
本研究利用嵌套采样技术重新审视硬球哑铃的相图，发现新的排列变体并验证了现有状态方程的预测。
2025-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Self-Assembly and Phase Behavior of Janus Rods: Competition Between Shape and Potential Anisotropy
本研究通过Langevin动力学模拟和自由能计算，揭示了Janus棒在形状各向异性和方向性吸引竞争下的自组装多晶型现象，为棒状胶体设计提供了指导。
2024-08-23 cond-mat.soft
Depletion interactions of non-spherical colloidal particles in polymer solutions
我们考虑各向异性的胶体颗粒浸没在长的，灵活的，和非吸附聚合物的溶液中。对于最近合成的粒子的哑铃形状组成的两个相交的球体和透镜形粒子与球形表面，我们计算的各向同性和各向异性的相互作用参数，确定的浸没自由能和取向相关的耗尽粒子之间的相互作用，所引起的聚合物。精确的结果得到随机行走（理想）的聚合物链。
2005-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular dynamics simulations of the rotational and translational diffusion of a Janus rod-shaped nanoparticle
利用分子动力学（MD）模拟研究了Janus棒状纳米粒子在稠密Lennard-Jones流体中的扩散行为。Janus粒子被建模为一个刚性圆柱体，其每个半侧上的原子与流体分子具有不同的相互作用能，因此包括润湿和非润湿表面。我们发现，旋转和平移扩散系数较大的Janus颗粒具有较高的润湿性对比度，这些值之间的两个极限情况下均匀润湿和非润湿颗粒的约束。它还表明，扩散系数的值的位移平行和垂直于长轴的均匀润湿颗粒同意以及与分析预测，尽管在MD模拟中存在的颗粒表面的有限滑移。它进一步表明，Janus颗粒的扩散是显着不同的均匀颗粒，即，Janus颗粒优先旋转和取向的非润湿侧沿位移矢量，以减少阻力。这种平移和旋转之间的相关性是一致的扩散动力学的球形Janus粒子与两个半球不同的润湿性与以前的结果。
2017-04-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Encapsulation by Janus spheroids
微/纳米包封技术在药物递送、生物材料工程和材料科学领域中获得了相当大的关注。基于化学粒子合成的最新进展，我们提出了一个原始模型的Janus扁球体，扁球体和两个半表面编码不同的化学性质的粒子的自组装产生的封装系统。利用蒙特卡罗模拟，我们研究了以球形粒子作为包封客体的包封体系，对于不同的密度。我们研究了由于包封剂的几何形状和化学组成对包封形态和效率的各向异性效应。鉴于我们从模拟中发现的相对较高的封装效率，我们相信这种封装方法具有潜在的实用价值。
2011-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Dumbbell micro-robot driven by flow oscillations
本文研究了浸没在粘性流体中的哑铃型微机器人的自推进问题。微机器人由两个刚性球珠连接杆或弹簧;杆/弹簧的长度是周期性变化的。每个球体的恒定密度不同于流体的密度，而整个微机器人具有中性浮力。通过流体的刚体振荡产生有效的振荡重力场。计算结果表明，该微机器人同时进行平移和旋转运动。利用一个包含两个定时方法和一个特殊极限的渐近过程，我们得到了平均自推进速度和平均角速度的解析表达式。零角速度的重要特殊情况代表具有恒定速度的直线自推进。
2012-12-08 cond-mat.soft math-ph math.MP
Patterned Substrates Unlock Self-Electrophoretic Phenomenon in Active Janus Microswimmers
Istituto di BioRobotica-Scuola Superiore Sant’Anna（机器人研究所圣安娜高等学院）；Wageningen University & Research（瓦赫宁根大学与研究）；Center for Materials Interfaces, Electron Crystallography, Italian Institute of Technology（意大利理工学院材料界面与电子晶体学中心）
本文提出用含球形凹槽的图案化基底制备Janus主动粒子，可调控铂厚度对比度、抑制Pt桥，在2.5% H₂O₂中提升推进效率，间接支持自电泳为主动粒子主要推进机制。
2026-09-04 cond-mat.soft
Hydrodynamic interaction of a self-propelling particle with a wall: Comparison between an active Janus particle and a squirmer model
利用格子Boltzmann模拟，我们研究了一个活跃的球形粒子附近的无滑移壁的流体动力学。我们开发了一个计算模型的活性Janus粒子，通过考虑不同的和独立的迁移率的两个半球和比较的行为，以一个标准的蠕动model.We表明，拓扑结构的远场流体动力学性质的活性Janus粒子是类似的标准蠕动模型，但在近场的流体动力学不同。为了研究近场效应如何影响粒子与平壁之间的相互作用，我们通过大量的数值模拟比较了Janus游泳者和无滑动表面附近的蠕动者的行为。我们的研究结果表明，这两个模型之间的一般是一个很好的协议，但他们揭示了一些关键的差异，特别是与低幅度的蠕动参数$β$。值得注意的是，当与标准蠕动器相比时，对于活性Janus颗粒，被捕获在表面处的颗粒的亲和力增加。最后，我们发现，当颗粒被困在表面上，平行于表面的速度超过了整体游泳速度和$|β|$的线性比例。
2017-11-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
A Molecular Dynamics Study of The Translation and Rotation of Amphiphilic Janus Nanoparticles at a Vapor-Liquid Surface
我们使用分子动力学（MD）模拟Janus纳米球在液/气界面上的界面钉扎和流体动力学阻力的非均匀性的影响进行研究。我们构建了这个系统的自由能景观，无论是在连续近似使用表面张力和平面界面近似和原子使用MD和热力学积分。这两种方法的结果不同的细节，由于界面变形和有限的宽度，以及热波动，只有MD景观是一致的模拟接近界面的纳米球从液体或蒸汽侧。当沿着界面拖动时，这些Janus粒子表现出与速度相关的倾斜，伴随着拖曳力的微弱变化，但从未增强拖曳力超过完全浸没时的值。这种速度依赖性出现时，界面钉扎在异质性，并防止粒子旋转，并观察到类似的行为均匀，但非球形粒子。具有不同阻力系数的不同粒子取向的出现可能导致明显违反斯托克斯-爱因斯坦关系。
2018-08-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Translatory and rotatory motion of Exchange-Bias capped Janus particles controlled by dynamic magnetic field landscapes
磁性Janus粒子（MJPs），通过覆盖一个非磁性的球形粒子与半球形的磁性面内交换偏置层系统帽，显示洋葱磁化状态的几个微米的大直径。在这项工作中，这些MJPs的运动特性将被调查时，他们被引导的磁场景观在原型平行条纹域，动态变化的叠加外部磁场脉冲序列，在水介质中。我们证明，由于工程磁化状态的半球帽，一个快速，定向粒子传输和粒子旋转可以诱导。此外，通过修改所施加的脉冲序列的频率和各个场分量的强度，我们观察到这两种类型的运动的组合或单独发生之间的可能分离。我们的研究结果对芯片实验室系统具有重要意义，其中通过分析物桥将颗粒固定在表面上用于低浓度分析物检测，并且在基板的限定位置上的颗粒旋转可以显著增加固定（并且因此分析物检测）概率。
2021-09-23 cond-mat.soft physics.app-ph
Autophoresis of a Janus particle near a planar wall: a lubrication limit
Princeton University（普林斯顿大学）
研究接近平面壁的Janus粒子自扩散拜罗菲现象，分析粒子取向对推进的影响，通过渐近分析解决近壁极限下的流动和传输问题。
2026-08-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Macroscopic rotation of active colloids in a colloid-polymer mixture confined inside a spherical cavity
从研究通过分子动力学模拟，我们报告的结果，在活性胶体和被动聚合物的混合物，被限制在一个球形容器内的排斥边界的结构和动力学。这样的系统在生物聚合物的背景中模拟细菌的存在。在完全被动的情况下，所有的相互作用都是以这样一种方式选择的，即在富胶体和富聚合物相之间的平衡共存。在大部分研究中，所选择的成分会产生Janus结构;球体的一侧被胶体占据，其余部分被聚合物占据。这种部分潮湿的情况几乎模仿了完全被动场景中的中性墙。在向胶体引入速度对齐活动之后，富含聚合物的域的形状改变为椭圆体的形状，围绕其长轴，富含胶体的域获得宏观角动量。在稳定状态下，该轴的方向通过扩散而演变，这意味着被动域也被主动粒子设置为运动。
2021-12-01 cond-mat.soft
Dielectrophoretic Equilibrium of Complex Particles
与常用的球形Janus颗粒相反，在这里我们使用了使用光刻技术制造的工程Janus颗粒，以精确控制其几何形状和涂覆区域。具体来说，我们研究了一个棒棒糖形状的复杂粒子，它的头部涂有黄金，而它的尾巴是裸露的。由于其独特的电特性（即电极化性），颗粒表现出力平衡，其中作用在其头部和尾部上的相反介电泳力恰好彼此抵消以产生稳定的平衡位置。这是在四极电极阵列中实现的，其中工程粒子的平衡位置可以通过频率来调谐。这与标准介电电泳行为形成对比，在标准介电电泳行为中，当分别从负介电电泳响应转变为正介电电泳响应时，粒子将位置从四边形的中心转变为电极的最边缘。这为自组装、生物传感、仿生精子等复杂颗粒的定位控制开辟了新的机会。
2020-07-02 cond-mat.soft
Molecular simulation of translational and rotational diffusion of Janus nanoparticles at liquid interfaces
我们进行分子动力学模拟，以了解在两个不混溶流体之间的界面Janus纳米粒子的平移和旋转扩散。考虑到球形颗粒具有不同的亲和力的流体相，他们的动力学以及他们周围的流体结构进行评估作为一个功能的颗粒大小，两亲性，流体密度，和界面张力。我们发现，由于增强润湿的每一方与其最喜爱的流体的颗粒的两亲性增加，旋转热运动减少。此外，在界面处的纳米粒子的面内扩散变得更慢的两亲性粒子，主要是由于形成了更致密的吸附层。颗粒在周围流体中诱导有序结构，这对于高度两亲性的纳米颗粒变得更加明显，导致对纳米颗粒运动的阻力增加。观察到一个类似的现象，均匀的颗粒扩散后，增加其润湿性。我们的研究结果可以为药物和蛋白质分子在生物界面（包括细胞膜）上具有各向异性表面特性的动力学提供基本见解。
2014-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Active colloids at fluid interfaces
如果活性Janus颗粒被捕获在液体和流体之间的界面处，则由于两个相邻流体相之间的粘度对比，其沿着界面的自推进运动受到颗粒上的净扭矩的影响。对于一个简单的模型，一个活跃的，球形的Janus胶体，我们分析的条件下，沿界面发生翻译，我们提供相应的持久性长度的估计。我们表明，在某些条件下，这样的粒子的持久性长度是显着大于相应的散装液体，这是在最近的实验研究中观察到的趋势。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Using the Discrete Dipole Approximation and Holographic Microscopy to Measure Rotational Dynamics of Non-spherical Colloidal Particles
我们提出了一种新的，高速的技术来跟踪非球形胶体颗粒的三维平移和旋转。我们捕获的数字全息图的微米级的二氧化硅棒和亚微米级的Janus粒子在水中自由扩散，然后拟合数值散射模型的基础上的离散偶极子近似测量的全息图。这种逆散射方法使我们能够提取粒子的位置和方向作为时间的函数，以及静态参数，包括大小，形状和折射率。两种颗粒的最佳拟合尺寸和折射率与预期值吻合良好。该技术能够以35 nm的精度跟踪棒的质心，并以1.5 $^\circ$的精度跟踪其取向，与非球形颗粒上的其他3D扩散测量的精度相当或更好。此外，所测得的平移和旋转扩散系数的二氧化硅棒同意流体动力学预测的spherocylinder在0.3%以内。我们还表明，虽然Janus粒子只有弱的光学不对称性，该技术可以跟踪他们的二维平移和方位角旋转超过几微米的景深，产生独立的测量的有效流体动力学半径，同意在0.2%。这些测量的内部和外部一致性验证了该技术。由于离散偶极子近似可以模拟散射从任意形状的颗粒，我们的技术可以用于一系列的应用，包括粒子跟踪，微观流变学，胶体自组装或微生物运动的基础研究。
2015-12-27 cond-mat.soft physics.optics
Shape-dependent guidance of active Janus particles by chemically patterned surfaces
自泳Janus粒子通过诱导-通过在其表面上发生的非平衡化学反应-改变它们浸入其中的溶液的化学成分来移动。这个过程导致沿着颗粒表面的化学成分梯度，以及沿着任何附近的边界，包括固体壁。沿壁的化学梯度可引起化学渗透，即，梯度驱动表面流动，表面流动又驱动溶液体积中的流动。这种整体流动耦合回颗粒，从而有助于其自我运动。由于化学渗透强烈地依赖于扩散分子种类和壁之间的分子相互作用，由颗粒诱导和经历的响应流编码关于壁的任何化学图案化的信息。在这里，我们扩展了以前的研究在一个化学图案化的墙壁附近的球的自泳的情况下，细长形状的颗粒。我们集中我们的分析可能出现的新的现象学的耦合-这是一个球形的细长颗粒的化学渗透流的应变率张量。通过数值计算，我们表明，一个棒状粒子的动力学表现出一种新的“边跟踪”的稳态：粒子平移沿化学步骤的边缘在一个稳定的距离的步骤，并具有稳定的取向。在一定的系统参数范围内，边缘跟随状态与“停靠”状态共存（粒子在台阶处停止，定向为垂直于台阶边缘），即，一个不稳定的动态发生。这些研究结果是合理化的结果之间的竞争的流体涡度和应变率通过使用分析理论的基础上捕获准定量的动态系统的点粒子近似。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Buckling in Armored Droplets
利用耗散粒子动力学模拟，在介观水平上解决了由固体颗粒（装甲液滴）稳定的液滴中的屈曲机制问题。我们考虑在癸烷溶剂中的球形水滴涂覆有两种不同类型的纳米颗粒单层：Janus和均匀。所选择的颗粒产生可比较的初始三相接触角，选择该接触角以使界面处的吸附能最大化。我们研究了液滴形状的演变，分层的颗粒，它们的分布在界面上的液滴的体积减少时，之间的相互作用。我们发现，Janus粒子强烈影响的形状的液滴形成一个火山口般的抑郁症。这种演变是积极控制的紧密堆积的颗粒单层在弯曲的界面。相反，均匀的颗粒被动地跟随液滴的体积减小，其形状不会偏离球形太多，即使当在界面处检测到纳米颗粒单层/双层过渡时。我们讨论了这些屈曲装甲液滴可能是相关的各种应用，包括潜在的药物输送系统和功能表面的仿生设计。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Coarse-grain Molecular Dynamics Study of Fullerene Transport across a Cell Membrane
药物分子通过细胞膜进入细胞的能力的研究在药物递送领域中是至关重要的。在药物分子通过膜的运输不容易被破坏的情况下，使用其他载体分子。球形富勒烯分子已被假定为高亲水性药物穿过质膜的潜在载体。本文采用粗粒分子动力学方法研究了C60富勒烯及其衍生物在1，2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DSPC）双层细胞膜中的迁移。模拟结果表明，原始富勒烯分子迅速进入双层，并驻留在其中。极性官能团的加入使富勒烯不太可能驻留在双层，但增加了它们在本体水中的停留时间。在富勒烯表面的一半上添加极性官能团，实际上产生了Janus颗粒，这在开发富勒烯模型中提供了最大的希望，该模型可以实现通过膜双层的完全易位。
2015-03-14 cond-mat.soft
Conformational dynamics and phase behavior of lipid vesicles in a precisely controlled extensional flow
脂质囊泡在基本的生物过程中起着关键作用。尽管最近的进展，我们缺乏一个完整的了解囊泡的非平衡动力学，由于长期观察强流中的形状波动的挑战。在这项工作中，我们使用Stokes阱在平面延伸流中呈现了囊泡形状和构象转变的流动相图，这使得能够在精确定义的流中控制单个或多个囊泡的质心位置[Shenoy，Rao，Schroeder，\textit{PNAS}，113（15）：3976-3981，2016]。以这种方式，我们直接观察到的非平衡构象的脂质囊泡作为减少体积$ν$，毛细管数$Ca$，和粘度对比$λ$的函数。我们的研究结果表明，在拉伸流的囊泡动力学的特点是出现了三个不同的形状过渡，包括管状对称哑铃过渡，一个球状体不对称哑铃过渡，准球形椭圆过渡。实验相图与最近的模拟预测非常一致[Narsimhan，Spann，Shaqfeh，\textit{J. Fluid Mech.}，2014，\textbf{750}，144]。我们进一步表明，囊泡形状转变的相边界是独立的粘度对比度。两者合计，我们的研究结果表明，在精确定义的流量的囊泡拉伸动力学的精确量化的斯托克斯陷阱的效用。
2019-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Phase separation of a magnetic fluid: Asymptotic states and non-equilibrium kinetics
本文利用 Stockmayer 模型分子动力学模拟磁性颗粒悬浮液的相分离，揭示密度依赖的粗化动力学、磁序非守恒生长及多种渐近自组装结构。
2023-12-11 cond-mat.soft
Numerical analysis of Pickering emulsion stability: insights from ABMD simulations
在绝热偏置分子动力学框架下，采用耗散粒子动力学方法，在介观水平上研究了Pickering乳液的稳定性问题。我们考虑了两个球形水滴在癸烷溶剂中合并过程的早期阶段。液滴由具有不同三相接触角的不同形状（球形和椭球形）的Janus纳米颗粒稳定。考虑到液滴上足够致密的颗粒层，我们表明，稳定机制强烈依赖于碰撞速度。这与界面区域的流变学所支配的聚结机制是一致的。当系统被迫聚结足够慢，我们调查在介观水平上的纳米粒子的能力，以稳定皮克林乳液是由纳米粒子的流动性和相关的笼效应的歧视。这些性质都与颗粒间的相互作用和接近界面间液膜中的流体动力学阻力有关。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Clustering of Self-Propelled Triangles with Surface Roughness
自推进颗粒可以在称为运动诱导相分离的过程中从稀悬浮液自发地形成致密相。所形成的非平衡结构的性质由粒子相互作用的细节和活动的强度决定。到目前为止，对这些结构形成的大多数研究都集中在具有各种相互作用势的球形胶体、哑铃和棒状颗粒上。只有少数研究已经检查了更复杂的颗粒形状的集体行为。在这里，我们增加了几何复杂性，并使用分子动力学模拟来考虑由表面粗糙的三角形自推进粒子形成的结构。这些三角形要么向其顶点移动，要么向其底部移动，即，它们具有极性。我们发现，顶点定向三角形集群更容易，更稳定，并有一个更平滑的集群接口比他们的基地定向同行。两种极性之间的差异与[H. H. Wensink等人，E89，010302（R）（2014）]，然而，当涉及到聚类时，我们获得了相反的结果，即顶点定向的颗粒更容易聚类。我们进一步表明，减少表面粗糙度的基础导向结构的稳定性产生负面影响，这表明它们的形成在很大程度上是由于表面粗糙度。我们的研究结果奠定了坚实的基础，为未来的实验和计算研究粗糙度对游泳运动员的集体动力学的影响。
2016-09-07 cond-mat.soft
Repulsion and attraction in the interactions of opposite membrane deformations
本文实验研究了巨型单层囊泡膜上相反方向形变之间的相互作用，发现完全包裹颗粒被膜管排斥，而部分粘附的Janus颗粒被吸引，为蛋白质协同组装及微塑料与细胞膜相互作用提供了定量见解。
2024-11-25 cond-mat.soft
Dynamics and rheology of 2D colloidal crystals with active anisotropic impurities
本研究设计了包含活性PS-Pt Janus粒子的二维胶体晶体模型，发现少量活性杂质的运动能驱动界面发生从类固态到类液态的相变，其局部扰动对整体粘弹性产生长程效应，为复杂流体界面系统提供了见解。
2023-11-23 cond-mat.soft
Design of Patchy Particles using Ternary Self-Assembled Monolayers
最近的模拟已经研究了在吸收到球形纳米颗粒表面上的不混溶表面活性剂的二元混合物中图案的形成。得到的图案（Janus，斑点和条纹）与实验结果吻合得很好。我们进行耗散粒子动力学（DPD）模拟，研究通过添加第三表面活性剂的单层作为一个指南，对增加这种方式合成的片状颗粒的丰富性和多样性所获得的图案。我们预测了各种新的模式，可以通过简单的设计元素，如纳米胶体的大小，表面活性剂的不可吸收性，单层的化学计量，表面活性剂之间的长度差异不同的组合产生。在所有情况下，通过构象熵最大化的自由能最小化决定平衡斑图形成。
2012-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembly of "Mickey Mouse" shaped colloids into tube-like structures: experiments and simulations
通过实验和计算机模拟研究了三角形各向异性片状粒子的自组装。胶体颗粒在两步种子乳液聚合过程中合成，并且由以$\sim$ 90 $^{\circ}$的角度连接到两个粗糙叶的中心光滑叶组成，类似于“米老鼠”头的形状。由于重叠体积的差异，添加适当的洗脱剂仅在胶体的光滑叶之间诱导吸引相互作用，而两个粗糙叶充当空间约束。“米老鼠”颗粒的基本上平面的几何形状是哑铃形片状颗粒的第一几何偏差。这种新的几何形状预计将形成一维管状结构，而不是球形，基本上是零维胶束。在足够强的吸引力下，我们确实发现了管状结构，其核心是粘性叶，而非粘性叶则是空间约束，将生长限制在一个方向上，从而在实验和模拟中提供了具有明确直径但长度可变的管。在模拟中，我们发现管状碎片的内部结构可以是直的，也可以扭曲成所谓的Bernal螺旋。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Potential-tuning molecular dynamics studies of fusion, and the question of ideal glassformers: (I) The Gay-Berne model
某些液体在过冷过程中玻璃化的能力通常被视为晶体成核（和/或晶体生长）速率变小的结果-因此是动力学问题。然而，有证据表明，可以追溯到最大卡车运输效率的煤压块工艺，即椭球体在无序时有效地堆积。注意到非球形物体包装的关键研究从来没有遵循从硬椭球或spherocylinders（sphericsexcept）到世界上的分子吸引力，我们已经取得了分子动力学MD研究的晶体熔化和玻璃形成的Gay- Berne（G-B）模型的椭球体在整个硬椭球体的纵横比范围内的研究。在这里，我们报告说，在最大的椭球包装效率的纵横比范围内，各种G-B结晶状态，不能直接从液体中获得，自发地在0 K附近的混乱和转化为液体没有任何可检测的熔化焓。没有声称已经证明了存在的单组分的例子，我们使用目前的观察，连同我们的知识的非理想的混合效果，讨论可能存在的“理想的玻璃形成剂”-单一或多组分的液体玻璃化之前，曾经成为亚稳态相对于晶体。玻璃态的无晶体路径的存在消除了“玻璃问题”中的任何晶前波动观点。出乎意料的是，我们发现，液体的纵横比在“结晶”范围内也表现在一个不寻常的（非滞后）的方式在温度循环通过玻璃化转变。我们将其与最近在类似长度/直径比的硬哑铃研究中观察到的高度体积分数敏感（“脆弱”）行为联系起来。
2011-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
