Hydrodynamic interactions of colloidal spheres under shear flow
浸没在流体中的颗粒通过流体交换动量，因此它们的布朗运动是相关的。利用多粒子碰撞动力学模拟方法研究了剪切流体悬浮液中两个胶体颗粒之间的相互作用。最近，该主题已经在微流体装置中通过光镊捕获的胶体颗粒的实验中[PRL，103，230602（2009）]以及理论上通过朗之万模型[Eur. J E，33，313（2010）]。尽管我们忽略了胶体的旋转自由度，并在胶体和流场之间采用了非常简单的耦合，但我们可以重现实验数据，并部分解释为什么它与理论不同。
2012-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics in bridging and aggregation of two colloidal particles in a near-critical binary mixture
我们调查桥接和聚集的两个胶体颗粒在近临界二元混合物中的流体远离颗粒的共存（CX）曲线之外，是丰富的组分不利于胶体表面时。在这种情况下，吸附诱导的相互作用增强，导致颗粒的桥接和聚集。我们首先通过改变温度并保持一定的粒子间距来实现桥接，其次通过让两个粒子聚集来实现桥接。粒子间的吸引力在桥接时显著增加。动力学由胶体表面周围的流体动力学流动控制。聚集时，吸附层随颗粒运动，在窄间距处发生挤压。我们使用最近的局部泛函理论[J. Chem. Phys. 136，114704（2012）]考虑了由于临界涨落引起的重正化效应。
2015-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical steady-states of active colloids interacting via chemical fields
利用布朗动力学模拟方法研究了单层化学活性自泳胶体的动力学稳态随填充率和自推进速度的变化关系。我们专注于一个化学场诱导竞争的吸引力的位置和排斥取向的相互作用的情况下。通过分析团簇的尺寸分布、局域密度分布以及六角序参量，我们区分出四种不同的动力学状态：坍缩态、活性气体态、动力学团簇态和运动诱导相分离态.长程化学场诱导的相互作用将运动诱导的相分离（MIPS）的发生转移到中等自推进速度下的非常低的填充分数。我们还发现，在最大的集群中的粒子的分数是一个合适的序参量表征动态相变从一个活跃的气体或动态集群稳定状态相分离状态时，增加的包装分数。序参量在中间自推进速度下从活性气体到MIPS-like状态时不连续地变化，而在较大的活性下连续地变化，其中系统经历从动态聚集状态到MIPS-like状态的过渡。
2022-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Probing colloidal gels at multiple lengthscales: the role of hydrodynamics
胶体凝胶是由胶体颗粒的稀薄网络组成的非平衡结构。将实验与数值模拟进行比较，关闭流体动力学相互作用，我们证明了溶剂对凝胶化的关键作用。流体动力学相互作用抑制了封闭几何形状的较大局部平衡结构的形成，并且相反导致形成高度各向异性的线，这促进了开放的凝胶网络。我们证实了这些结果与模拟，其中包括流体力学。基于三点相关性，我们提出了一个尺度分辨的定量测量的凝胶结构的各向异性。我们发现一个强烈的差异颗粒间距离的两倍以下的颗粒直径的系统与流体力学，从结构的角度来看，量化流体力学的作用。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic approximations for driven dense colloidal mixtures in narrow pores
本文研究窄孔中驱动致密胶体混合物，利用平均场近似计算扩散系数与迁移率并求解非线性扩散方程，发现“巴西果”效应普遍存在，可实现按尺寸分选及完美分离。
2025-08-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stick boundary conditions and rotational velocity auto-correlation functions for colloidal particles in a coarse-grained representation of the solvent
我们展示了如何通过随机旋转动力学方法实现粗粒度溶剂中球形胶体的棒边界条件。这使我们能够通过直接计算机模拟来测量胶体旋转速度自关联函数。我们发现定量协议与Enskog理论短时间和流体动力学模式耦合理论较长的时间。对于水胶体悬浮液，当胶体半径小于35nm时，Enskog对旋转摩擦的贡献大于流体动力学贡献。
2005-10-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Correlations slow down Crystallization of Soft Colloids
结晶通常被认为是一个准静态的过程，是不受影响的颗粒传输的细节以外的体积扩散系数。因此，胶体悬浮液经常被认为是一个理想的玩具模型，实验更困难的系统，如金属熔体。在这封信中，我们想挑战这个假设。为此，我们考虑了分子动力学模拟的Yukawa型胶体悬浮液中的结晶。为了研究溶剂介导的流体动力学相互作用（HI）的作用，我们分别使用Langevin动力学和波动格子玻尔兹曼方法隐式和显式地模拟溶剂。我们的模拟表明，即使在适度的流体动力学耦合的晶体生长速度由于HI显着减少。详细的分析表明，这种减速是由于晶体表面的壁状性质，这减少了胶体扩散到晶体表面的流体动力学筛选。因此，悬浮液中的结晶与纯熔体有很大的不同，这使得它们作为玩具模型的用处不如以前想象的那么大。
2013-04-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Patterns of synchronization in the hydrodynamic coupling of active colloids
本文用分段线性模型描述了一个由谐波势驱动的、所有粒子之间具有流体动力学耦合的、围绕正多边形顶点振荡的活性胶体粒子系统，该系统具有多种同步模式。得到了这类动力系统的解析解。仅取决于粒子的数量，同步发生在最近的邻居同相或反相振荡或锁相（时移）轨道的状态中。
2011-10-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Hydrodynamic interactions hinder transport of flow-driven colloidal particles
相互作用的微米级颗粒的流动驱动的运输发生在许多软物质系统中，从蛋白质的移位到微流体装置中的移动乳液。在这里，我们结合实验和理论来研究胶体粒子沿旋转环的光阱的集体输运性质。在同向旋转参考系中，颗粒被周围流体的涡流驱动。当增加光势的深度时，我们观察到干扰行为，其表现为随着粒子密度的增加电流的强烈减少。我们表明，这种干扰是由流体动力学的相互作用，提高了光阱之间的能量障碍。这导致共转系中的势从过临界倾斜过渡到欠临界倾斜。基于分析的考虑，增强效果估计增加颗粒尺寸的增加或减少陷阱环的半径。不同环半径的测量和相应颗粒尺寸的斯托克斯动力学模拟证实了这一点。在流动驱动系统中的势垒的增强与力驱动系统中的势垒的减少形成对比。这种不同的行为表明，流体动力学相互作用可以对多体系统的集体动力学产生非常不同的影响。应用到软物质和生物系统需要仔细考虑的驱动机制和流体动力相互作用的作用。
2022-11-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Effects of Inter-particle Attractions on Colloidal Sedimentation
利用介观模拟技术研究了短程粒子间吸引力对胶体悬浮液稳态沉降的影响。吸引力增加的平均沉降速度$v_s$相比，纯硬球的情况下，并为足够强的吸引力，一个非单调依赖于包装分数$ϕ$的最大速度在中间$ϕ$观察。吸引力也强烈地增强流体动力学速度波动，其显示作为$ϕ$的函数的明显的最大尺寸。这些结果与流体力学和瞬态多粒子团簇的形成和破裂之间复杂的相互作用有关。
2009-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Molecular Hydrodynamic Theory of Supercooled Liquids and Colloidal Suspensions under Shear
我们将传统的过冷液体模式耦合理论推广到定常剪切流下的系统。从广义脉动流体力学出发，建立了中间散射函数的非线性方程。我们评估的解决方案的二维胶体悬浮模型的数值计算，发现结构弛豫时间减少为$\dotγ^{-ν}$与指数$ν\leq 1$，其中$\dotγ$是剪切速率。结果与最近的分子动力学模拟定性一致。我们讨论的结果的物理意义。
2003-04-08 cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic memory in overdamped colloidal dynamics
Princeton Center for Theoretical Science, Princeton University（普林斯顿大学理论物理中心）；Princeton Materials Institute, Princeton University（普林斯顿大学材料研究所）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University（普林斯顿大学机械与航空航天工程系）
本研究证明过阻尼极限下胶体扩散仍保留流体动力学记忆，推导出含记忆的过阻尼朗之万方程，预测小粒子与强外力下记忆更显著，为高分辨率实验提供理论框架。
2026-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Influence of Hydrodynamic Interactions on the Kinetics of Colloidal Particle's Adsorption
从理论上研究了球形颗粒在平面上的不可逆吸附动力学。以前的模型，其中流体动力学相互作用被忽略，预测幂律行为$t^{-2/3}$的时间依赖性的覆盖面接近饱和。然而，实验与$t^{-1/2}$形式的幂律行为一致。我们概述，当考虑水动力相互作用时，渐近行为被发现是兼容的实验结果在一个广泛的区域接近饱和。
1997-12-05 cond-mat.stat-mech
Thermophoretic motion of a charged single colloidal particle
本文结合线性化流体力学与非线性 Poisson-Boltzmann 方程，数值研究滑移表面带电胶体在温度梯度下的热泳漂移，并验证其与理论及 DNA、聚苯乙烯微珠实验的一致性。
2023-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Interactions in Two Dimensions
我们测量胶体粒子之间的流体动力学相互作用局限在一个薄片的流体。与本体流体相比，减小的维度显著地增加了耦合的范围。利用光镊，我们迫使一个两体系统沿迁移率张量的本征模，并发现本征迁移率随粒子分离的几何变化。在100个半径距离处，相关运动和反相关运动的迁移率相差两倍，而在体相流体中，它们实际上是无法区分的。我们推导出的Oseen流体力学张量，定量再现所观察到的行为的二维对应。这些结果突出了在胶体系统和生物膜中的蛋白质的运输和相互作用的重要性的维度。
2008-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hidden velocity ordering in dense suspensions of self-propelled disks
最近对球形、纯排斥性、活性颗粒的相图的研究建立了类似于在热平衡下在胶体系统中观察到的从液体状相到固体状相的过渡的存在，特别是在二维中观察到中间六方相。在这里，我们提出的证据表明，活跃的致密相（固体，六角和液体）表现出有趣的动力学异常。首先，我们揭示了有序域的密度和活动的增长，其中粒子的速度平行排列或漩涡状补丁。第二，当活性强时，动能的空间分布变得不均匀，其中高能量区域与晶体结构的缺陷相关。这种空间不均匀性伴随着时间不稳定性，在动能的时间序列中突然出现峰值。所观察到的动力学异常不存在于稠密平衡系统中，并且不能通过仅考虑系统的结构性质来检测。
2020-04-29 cond-mat.stat-mech
Brownian motion with geometry-dependent hydrodynamic memory
Princeton University（普林斯顿大学）
该研究提出一个理论框架，利用洛伦兹互易定理从任意流动问题解中推导胶体运动方程，同时给出斯托克斯阻力和巴塞特型记忆项，并推导过阻尼极限，适用于复杂几何中的被动和主动粒子。
2026-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Dynamical density functional theory for orientable colloids including inertia and hydrodynamic interactions
在过去的几十年里，经典的密度泛函理论（DFT）及其动态扩展（DDFTs）已经成为研究胶体流体的有力工具。最近，以前的球对称粒子的DDFT已被推广到考虑惯性和流体动力学相互作用，这两种影响强烈的非平衡特性。目前的工作进一步推广这一框架的各向异性粒子系统。从刘维方程出发，利用Zwanzig的投影算子技术，我们推导出布朗粒子分布函数的动力学方程，并通过平均所有，但一个粒子，得到一个DDFT方程。虽然这个方程与球对称胶体的DDFT有一些相似之处，但它涉及影响（不对称）颗粒扩散率的旋转-旋转耦合。我们进一步表明，在过阻尼（高摩擦）的限制，DDFT大大简化，并与以前的DDFT与任意形状的颗粒的胶体。
2016-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Micro Heat Engines With Hydrodynamic Flow
本文研究了流体动力学流动对胶体粒子随机热机输出功的影响，发现非圆形剪切流会主导热力学功，并进一步通过旋量模型表明高旋转频率下系统无法产生热力学功。
2025-04-13 cond-mat.stat-mech
Modeling the relative dynamics of DNA-coated colloids
我们构建了一个理论模型的动力学的微尺度胶体颗粒，建模为一个间隔，水平移动的DNA涂层的表面上，建模为一条线涂有弹簧，可以坚持的间隔。对快速的DNA动力学求平均，得到孤立粒子的演化方程，其中包含摩擦和扩散。DNA诱导的摩擦系数取决于DNA的物理性质，并且用弱相互作用DNA密集涂覆的1 $μ$ m胶体的典型参数值替代，得到比相应的流体动力学摩擦系数大约100倍的系数。我们使用平均场扩展的模型，以更高的维度来估计摩擦张量的光盘旋转和平移水平沿一条线。当DNA链非常硬和短时，圆盘滚动的摩擦系数接近于零，而圆盘滑动的摩擦仍然很大。总之，这些结果可能对DNA包被的胶体或其他配体-受体系统的动力学具有重要意义，这意味着DNA诱导的胶体之间的摩擦可能比流体动力学摩擦更强，应该纳入模拟，并且它非常依赖于相对运动的类型，可能导致颗粒聚集成由具有最小摩擦的路径控制的非平衡亚稳态。
2018-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Energy versus information based estimations of dissipation using a pair of magnetic colloidal particles
利用随机热力学的框架，我们提出了一个实验研究的双重的磁性胶体粒子，这是由一个随时间变化的磁场操纵。由于流体动力学的相互作用，每个珠子经历一个状态相关的摩擦，我们使用流体动力学模型的特征。在这项工作中，我们比较了两个估计的耗散在这个系统中：第一个是基于能量的，因为它依赖于测量的相互作用势，而第二个是基于信息的，因为它只使用的轨迹的信息内容。虽然后者只提供了前者的下限，我们发现它是简单的实现和更复杂系统的普遍适用性。
2014-04-18 cond-mat.stat-mech
