Adsorption inhibition by swollen micelles may cause multistability in active droplets
实验表明，微滴在表面活性剂溶液中的胶束增溶作用可以激发Marangoni流并自发地自推进。令人惊讶的是，自推进出现，即使当临界胶束浓度被超过和马兰戈尼效应应该饱和。为了解释这一点，我们提出了一个新的模型的溶解活性液滴，这是基于两个基本假设：（a）产品的增溶可能会抑制表面活性剂吸附;（b）增溶防止形成的单层表面活性剂分子在液滴界面。我们使用数值模拟和渐近方法来证明，我们的模型确实具有自发液滴自推进。我们的主要发现是，在轴对称流和浓度场的情况下，两种性质不同类型的液滴行为可能是稳定的相同值的物理参数：稳定的自推进和稳定的对称泵送。虽然这些稳定的制度的稳定性是不能保证在没有轴对称，我们认为，他们将保留各自的稳定流形在相空间中的一个完整的3D问题。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Unidirectional Droplet Propulsion onto Gradient Brushes without External Energy Supply
使用广泛的分子动力学模拟的粗粒度模型，我们证明了持续的单向运动（durotaxis）的液滴没有外部能量供应时，放置在聚合物刷基板上的刚度梯度在一定的方向上的可能性。被发现的特定基板设计的研究，确定的durotaxis效率的主要参数是接枝密度的刷子和液滴粘附到刷子表面，而刚度梯度的强度，液滴的粘度，或刷的聚合物链的长度只有很小的影响的过程。它示出，这种durotaxial运动是由液滴和刷子之间的界面能的稳定增加驱动的液滴移动从软到硬的部分的基板，从而平均驱动力逐渐下降，降低刷表面的粗糙度。我们预计，我们的研究结果表明，在没有外部能源供应的纳米级运动领域的进一步可能性。
2023-03-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coupled self-charging and self-propulsion of evaporating sessile droplets
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克高分子研究所）；King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
本研究揭示蒸发水滴的自充电驱动其自发自推进，产生自回避轨迹，并形成交替极性的电荷图案，对喷墨打印等精度要求高的工艺有重要影响。
2026-09-09 cond-mat.soft
Janus droplet as a catalytic micromotor
从理论上研究了表面活性剂溶液中Janus液滴的自推进问题。液滴充当催化马达，产生浓度梯度，从而产生其表面张力驱动的运动;自推进速度相当高，$60\; {\rm μm/s}$甚至更高。这种催化马达与其他微马达相比有几个优点：制造简单，容易获得中性浮力。相反，一个单一的流体液滴，这表明了一个自推进的对称性破缺不稳定性的结果，Janus一个不存在稳定性阈值，因此，液滴半径可以按比例缩小到微米。该论文由Denis S. Sergey Sklyaev于2014年6月2日不幸去世。
2015-05-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rotation and propulsion in 3d active chiral droplets
手性是生物系统研究中反复出现的主题，其中活性过程由化学能转化为功的内部转换驱动。细菌鞭毛、肌动球蛋白丝和微管束是活性系统，也是固有手性的。尽管有一些探索性的尝试，以捕捉手性和运动之间的关系，没有内在的手性系统已经分析过。为了解决这一知识的差距，在这里，我们研究的三维液滴的胆甾相液晶（CLC）嵌入在各向同性液体的内部作用力和扭矩的影响。我们考虑切向锚定的液晶导演在液滴表面。与向列相相反，在向列相中，适度的伸展活动会导致液滴旋转，伸展性液滴表现出更复杂和多样化的行为。我们发现，伸缩力偶极活动稳定复杂的缺陷配置，其轨道动力学耦合热力学手征，推动螺旋状液滴运动。相反，偶极扭矩活动可能会收紧或放松双螺旋，如果调整可以功率旋转与振荡角速度为零的平均值。
2020-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Instability and self-propulsion of active droplets along a wall
活性液滴可以在粘性流中自发游动，这是由于Marangoni和/或由该溶质的不均匀分布产生的泳动流在其表面产生的化学溶质的非线性对流传输，只要对流与扩散溶质传输的比率或Péclet数$\mbox{Pe}$足够大。由于它们的净浮力，活性液滴通常在距刚性边界小的有限距离$d$处演化。然而，现有的模型系统地集中在无界流动，忽略了壁面接近的效果上的推进机制的非线性的本质。与此相反，我们在这里获得一个关键的洞察力，通过分析他们的稳定性，非轴对称扰动和由此产生的自推进沿壁的壁距离$d$上没有限制的假设。根据$d$和$\mbox{Pe}$识别偶极或四极轴对称（悬浮）基态。也许与直觉相反，观察到下降壁分离$d$的减少使这些模式不稳定并促进自推进，这是由于驱动运动的化学梯度的限制诱导的局部化。此外，四极状态是更不稳定的，比他们的偶极同行由于再分配的化学扰动的基流，有利于出现更强的滑移强迫的下降表面。
2021-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-Propulsion of Droplets by Spatially-Varying Roughness
在部分润湿条件下，使基材均匀粗糙可增强相应光滑基材的润湿特性。亲水体系变得更加亲水，疏水体系变得更加疏水。在这里，我们表明，空间纹理的粗糙度可能会导致自发推进液滴。单个液滴被驱动朝向本征亲水系统的最大粗糙度区域和朝向本征疏水系统的最小粗糙度区域。空间纹理化可以通过在衬底上用波长在一个方向上变化的正弦凹槽来蚀刻（非均匀蚀刻）或在衬底上光刻地蚀刻分形（科赫曲线）凹槽的径向图案来实现。可以通过将粗糙纹理化与衬底的化学或材料图案化相结合来设计用于液滴轨迹的更丰富的能量景观。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
From active stresses and forces to self propulsion of droplets
我们研究球形液滴的自推进作为简化的流体动力学模型的游泳微生物或人工微泳者。相反的方法，从系统产生的主动速度场开始，我们认为主动表面力或体力密度或主动应力的起源自主游泳。对于可忽略的雷诺数和给定的活度，我们首先计算液滴在固定时间的外部和内部流场以及质心速度和角速度。为了从单个时间快照构建轨迹，必须在实验室框架中确定主作用力或应力的演变。在这里，我们考虑的情况下，活性物质，这是由一个连续分布，刚性，但稀疏（细胞）-sceleton是沉浸在液滴的内部。我们从力密度或应力的角度计算了液滴和它的小尺度的运动轨迹的例子，这些力密度或应力在小尺度内固定的框架中可能是明确的时间依赖性
2016-09-02 cond-mat.soft
Self-propulsion of pure water droplets by spontaneous Marangoni stress driven motion
我们报告的自发运动在一个完全生物相容的系统组成的纯水滴在油表面活性剂介质的角鲨烷和单油酸甘油酯。来自液滴的水被反胶束溶液溶解，在每个液滴周围产生溶胀的反胶束的浓度梯度。强对流和弱扩散条件允许在足够大的Péclet数的各向同性粒子系统中的自发运动的第一个实验实现，根据最近提出的机制的简单概括。用高浓度的盐溶液代替水，用十四烷代替角鲨烷的实验证实了上述机理。目前的游泳液滴能够携带外部物体，如大胶体，盐晶体，甚至细胞。
2014-11-12 cond-mat.soft
Memory-Driven Self-Propulsion and Flocking of Chemically Active Droplets
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）；Northwestern University and The University of Chicago（西北大学和芝加哥大学）
研究生物分子凝聚物相关问题，通过发展具有非马尔可夫反应的活性相分离理论，揭示延迟反应反馈对液滴状态的影响，以及在多液滴系统中的作用，确立反应记忆为控制参数，关联多种细胞行为。
2026-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Chirality-induced helical self-propulsion of cholesteric liquid crystal droplets
我们报告的第一个实验实现的手性人工microswimmer表现出螺旋运动。我们发现在表面活性剂水溶液中，具有螺旋指向矢场的胆甾相液晶液滴在Marangoni流驱动下沿螺旋路径游动。我们证实了液滴的旋向决定了螺旋路径的旋向，这一结果有力地表明螺旋运动起源于胆甾相液晶的手性。为了研究螺旋运动的产生机制，我们提出了一个由速度、角速度和一个代表液滴螺旋指向矢场对称性的张量变量组成的耦合时间演化方程。我们的模型表明，手征耦合项之间的速度和角速度发挥了至关重要的作用，在出现螺旋游泳的液滴。
2016-04-01 cond-mat.soft
Motility and self propulsion of active droplets
近年来，自运动液滴由于其良好的技术应用前景和重要的生物学意义，引起了从应用生物学到理论物理学等不同领域科学家的广泛关注。在这一章中，我们回顾了对主动液滴的研究，特别侧重于理论和数值研究的最新进展。特别是，我们回顾了活性凝胶理论，即一个概括的标准Landau-de Gennes理论适用于液晶考虑到内部活性注入由于存在的自运动成分。当被限制在有限的几何形状中时，液晶类系统也受到拓扑约束。由于拓扑学在许多不同的活性液滴实现中的相关性，我们还回顾了一些基本的拓扑学概念。我们回顾如何运动性出现在不同的实现中的活性液滴在2D和3D的结果，打破特定的对称性，通过寻找特别详细的情况下，极性和极性液滴和壳的活性液晶。
2022-08-24 cond-mat.soft
Microdroplet self-propulsion during dropwise condensation on lubricant-infused surfaces
水蒸气冷凝在自然界中很常见，广泛用于工业应用，包括水收集，发电和脱盐。与传统的膜状冷凝相比，在润滑剂注入表面（LIS）上的滴状冷凝可以导致传热速率的数量级增加。小液滴（直径小于100 $μ$ m）占总传热量的近85%，液滴清扫在清除成核部位方面起着至关重要的作用，从而允许频繁的再成核。在这里，我们专注于动态的相互作用的微滴与薄的润滑油膜在LIS上的水蒸气冷凝。耦合高速成像，光学显微镜和干涉，我们表明，最初均匀的润滑油膜重新分配冷凝过程中。受润滑剂高度梯度的控制，直径小至2 $μ$ m的微滴经历严格且与重力无关的自推进，以高达1100 $μ$ m/s的速度行进其直径倍数的距离。虽然宏观上的运动似乎是随机的，我们表明，在微观水平上，由于不对称的润滑剂的毛细管吸引力，导致这种重力独立的液滴运动。基于横向力平衡分析，我们定量地发现，在运动过程中的滑动速度最初增加，但在较短的液滴间距急剧下降。最大滑动速度与油的粘度成反比，并强烈依赖于液滴的尺寸，这是在很好的协议与实验观察。这种新颖的和非传统的液滴运动预计将显着提高逐滴冷凝过程中的清扫效率，导致更高的成核和传热速率。
2019-10-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Temperature switchable self-propulsion activity of liquid crystalline microdroplets
本研究利用液晶近晶相液滴的温度依赖性相变，实现了可逆切换的自推进微型游泳器，仅在高温向列或各向同性相中运动，并揭示了其运动条件与机制。
2025-04-23 cond-mat.soft
Amoeboid propulsion of active solid bodies, vesicles and droplets: a comparison
本研究统一分析由周期性轴对称非手性形变驱动的可变形固体、囊泡和液滴三种微泳体，通过二阶微扰展开计算其泳动性能并比较，揭示不同泳体在最优冲程和相同冲程下的速度、效率差异及排名规律。
2025-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Orientational instability and spontaneous rotation of active nematic droplets
在实验中，浸没在大量表面活性剂溶液中的单个化学活性液晶（LC）液滴可以沿着直线、螺旋形或随机轨迹自推进。在本文中，我们开发了一个极小模型捕捉所有三种类型的自推进轨迹的情况下，垂直锚定在LC-流体界面上的液滴的ACLC。我们模拟由一个单一的首选的极化矢量是两个重定向机制，即内部流动引起的位移的刺猬缺陷和液滴的旋转的主题的下降内的导演字段。在此降阶模型中，液滴的表面活性剂传输和表面活性剂的有序化之间的耦合由液滴的界面性质随表面活性剂极化的变化来表示。我们的分析表明，一种新的模式的取向不稳定性出现从两个重定向机制的竞争，其特征在于由一个自发旋转的螺旋状的自推进轨迹负责的自推进下降。反过来，我们还表明，随机轨迹在各向同性和dropdrops都源于对流驱动的过渡到混沌。不同的推进模式的继承是一致的实验报告的液滴轨迹的形状的转变，作为液滴的大小是不同的。
2019-09-07 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Self-solidifying active droplets showing memory-induced chirality
研究提出首个全水相液滴游泳器，通过自生成聚电解质梯度实现自固化与记忆诱导手性运动，并展示高效除铀能力。
2023-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of a droplet driven by an internal active device
浸入牛顿流体中的液滴可以仅由内部流动推动。在一个简单的模型中，这种流动是由一组点力产生的，这些点力代表外部驱动的设备或模型自主游泳者。我们工作的一般框架来计算液滴的自推进力的驱动力和它们在液滴内的位置的函数。具有一般取向和位置r_0的单点力F引起液滴的平移和旋转运动。我们证明了平移迁移率是各向异性的，旋转迁移率可以是非单调的，|r_0|取决于粘度对比度。由于斯托克斯方程的线性，叠加可以用来讨论更复杂的点力阵列。我们分析力偶极子，如应力波，一个简单的模型，一个biflagellate游泳者和rotlet，代表一个螺旋游泳者，由外部磁场驱动。对于一个一般的力分布与任意高的多极矩的液滴的推进性能只取决于几个低阶多极：四极平移和旋转运动的特殊八极。针对几个示例性情况讨论了液滴和装置的耦合运动。我们特别表明，一个双鞭毛游泳者，建模为stresslet，实现了稳定的共动状态，其中该设备相对于液滴的位置保持固定。事实上，有两个固定点，相对于液滴的中心对称。一个微小的外力选择其中一个，并允许在向前和向后运动之间切换。
2020-04-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic control of speed and trajectories of active droplets in a nematic environment by electric field and focused laser beam
活性物质科学的一个目标是揭示混沌微尺度动力学可以转化为有用的工作的原则。一个可调的液晶环境提供了许多可能性，其中之一是一个充满了游泳细菌水分散体的活性液滴的定向运动。在这项工作中，使用的响应性的电场和光，我们演示了如何控制的方向和速度的活性液滴。介电响应的电场导致两个效果：（i）重新定向的整体指向矢，和（ii）改变周围的液滴的指向矢配置的对称性。第一个效果改变了推进方向，而第二个效果改变了速度。指向液滴附近的激光束可以通过在偶极和四极配置之间切换来触发围绕液滴的所需指向矢对称性，从而影响推进的运动性和极性。主动液滴的方向和速度的动态调整代表了可控微泳者发展的一个进步。
2021-10-31 cond-mat.soft
Trajectories of a droplet driven by an internal active device
我们考虑的液滴是由内部流动单独推进。在一个简单的模型中，这种流动是由一个自主的致动器产生的，该致动器在液滴内部的规定轨迹上移动。在生物系统中，该装置可以代表一个发动机，携带货物并在一个有意义的轨道上移动。我们工作的一般框架来计算作为驱动力和轨迹的函数的液滴的自推进。最简单的自治装置由三个点力组成。这种装置产生液滴的线性、圆形或螺旋运动，这取决于装置是静止的还是沿着径向轨道移动。作为一个例子，一个更复杂的轨道，我们详细研究了球形环状螺旋，最近的研究的推进Synechococcus1和粘细菌2的启发。液滴的轨迹被发现强烈依赖于设备的方向和相对于轨道的力的方向与无界运动的可能性，即使对于时间无关的强迫。
2020-04-23 cond-mat.soft
Spontaneous motion of a droplet coupled with a chemical wave
我们提出了一个新的框架内产生的反应扩散系统中的液滴的自发运动与内部动态图案耦合。化学反应的时空顺序引起不均匀的表面张力，并由于Marangoni效应导致由周围流动驱动的自推进。内部模式的数值计算与低雷诺数下流场的理论结果一起很好地再现了使用Belousov-Zhabotinsky（BZ）反应介质液滴获得的实验结果。
2011-06-07 cond-mat.soft
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active nematics on flat surfaces: from droplet motility and scission to active wetting
基于连续流体动力学理论，研究了平坦表面上活性向列相液滴的动力学，发现活性与活性毛细管数控制液滴自驱动、分裂、活性润湿和蒸发等状态，为表面液滴动力学提供了统一的全局描述。
2023-09-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rechargeable self-assembled droplet microswimmers driven by surface phase transitions
人工微泳者的设计通常受到自然微生物策略的启发。这些生物中的许多利用了弹性在低雷诺数下打破运动的时间反演对称性的事实，但这一原则在主动的、自推进的微型游泳者的模型系统中明显缺失。在这里，我们介绍了一类microswimmer自发自组装和游泳，而不使用外力，而不是由温度变化引起的表面相变驱动。游泳者是由分散在表面活性剂水溶液中的烷烃液滴制成的，这些液滴在冷却时开始自我推进，由快速增长的薄弹性尾巴推动。当加热时，相同的液滴通过缩回它们的尾巴来充电，在每个循环中游泳长达数十分钟。大约5摄氏度的热振荡促使游泳者利用环境中的热量并多次充电。我们开发了一个详细的弹性流体动力学模型，这些过程中，并强调所涉及的分子机制。该系统提供了一个方便的平台，研究对称性破缺运动的游泳者利用鞭毛弹性。温和的条件和生物相容性的介质，使这些微泳潜在的探针研究生物推进和人工和生物游泳者之间的相互作用。
2021-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phoretic Interactions Between Active Droplets
浓度梯度在胚胎发生、细菌运动以及活性颗粒的运动中起着关键作用。颗粒通过溶解、吸附或表面物种的反应性在其周围形成浓度分布。这些梯度改变粒子的表面能，驱动它们的自推进并控制它们的相互作用。在这里，我们揭示了一个政权，溶质梯度介导之间的相互作用缓慢溶解的液滴，而不会导致自泳。这种解耦使我们能够直接测量稳态的排斥力，它与粒子间距离的比例为$F\sim {1/r^{2}}$。我们的研究结果表明，该过程是扩散，而不是反应速率限制，和理论模型捕获液滴尺寸和溶质浓度的相互作用的依赖性，使用一个单一的拟合参数，$l=16\pm 3$ ~nm，这对应于一个溶胀胶束的长度尺度。我们的结果揭示了与表面反应性的颗粒的平衡行为。
2017-02-22 cond-mat.soft
Amoeboid movement utilizes the shape coupled bifurcation of an active droplet to boost ballistic motion
该研究通过傅里叶模式分析揭示大变形虫在饥饿与营养期存在两种迁移模式，并利用活性液滴对称性论证发现迁移速度的超临界叉形分岔，表明形状对称性破缺驱动从静止到随机及弹道运动的切换，优化了亚毫米尺度运动效率。
2024-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Interfacial activity dynamics of confined active droplets
本文通过双通道显微实验与 Brinkman squirmer 模型，研究受限活性油滴的界面活性动力学，揭示了随液滴半径增大出现的涡流迁移、偶极-四极双稳态及多极模态转变，并阐明其源于胶束慢扩散与分子快扩散之间的时间尺度竞争。
2022-11-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stability of discrete-symmetry flocks: sandwich state, traveling domains and motility-induced pinning
本文研究了离散活性物质中群的稳定性，发现小滴状物可诱导夹层状态和相反转，揭示了运动诱导钉定现象及多态共存机制。
2025-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of Order in Chemically Active Droplets: Temporal Dynamics and Collective Behavior
本研究以4-氰基-4-戊基联苯（5CB）油滴为对象，探究其在不同佩克莱特数（$Pe$）下的集体行为，揭示了液滴在高低$Pe$区间的运动模式与结构变化，为理解活性物质自组织及设计复杂流体受控运动策略提供了新见解。
2025-02-10 cond-mat.soft
Active motility and wetting cooperatively regulate liquid-liquid phase separation
Advanced Materials Thrust, Function Hub, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州）功能枢纽先进材料 thrust）；Institute of Chinese Medical Sciences & State Key Laboratory of Mechanism and Quality of Chinese Medicine, University of Macau（澳门大学中医药学院及中药质量研究国家重点实验室）；Department of Pharmaceutical Sciences, Faculty of Health Sciences, University of Macau（澳门大学健康科学学院药学系）；Zhuhai UM Science and Technology Research Institute, University of Macau（澳门大学珠海科学技术研究院）；Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学先进科学技术研究中心）；Department of Fundamental Engineering, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所基础工程系）
研究液-液相分离受活性剂调节情况，结合实验与模拟表明细菌活性与界面润湿性耦合产生多样形态，活性有双重动力学作用，还发现生物膜相关蛋白促进细菌聚集，确立活性-润湿性耦合为调节机制并揭示增强细菌聚集途径。
2026-10-27 cond-mat.soft
Motility-Induced Pinning in Flocking System with Discrete Symmetry
University of Seoul（首尔大学）
研究揭示了在具有离散对称性的自驱动粒子系统中，运动诱导钉扎相变现象，通过蒙特卡洛模拟发现中间对齐相互作用强度下，极序呈现短程空间和时间特性，界面因粒子运动而钉扎，提出解析理论解释钉扎界面生长动态。
2024-09-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
