Perspective: Geometrically-Frustrated Assemblies
这种观点将概述一个新兴的范例自组织软材料，{ \it几何挫折组件}，其中自组装元件（如颗粒，大分子，蛋白质）之间的相互作用有利于本地包装图案，不兼容的统一的全球秩序的组装。该分类适用于广泛的材料组装体，包括自扭转蛋白质丝束、淀粉样纤维、手性近晶和膜、颗粒包被液滴、弯曲蛋白质壳和相分离脂质囊泡。在组装体中，几何挫挫导致了许多异常的结构和热力学性质，包括非均质和内应力平衡结构、自限组装和平衡组装结构中的拓扑缺陷。这种观点的目的是1）突出统一的原则和后果的几何挫折在软物质组件，2）分类已知的不同的“模式”的挫折和审查相应的实验例子，和3）描述尚未解决的突出问题的独特性质和行为的这一广泛的系统类别。
2016-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-limiting states of polar misfits: Frustrated assembly of warped-jigsaw particles
本文通过连续介质理论与离散模拟，研究翘曲拼图颗粒的极性形状错配如何决定自限域基态组装，发现其产生两种极性自限带形态，并揭示了结合各向异性与错配取向控制形态选择，为编程自限组装提供设计依据。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Geometrically frustrated self-assembly of hyperbolic crystals from icosahedral nanoparticles
该研究提出基于非欧几里得晶格{3,5,3}的规则二十面体纳米颗粒几何受阻自组装解析理论，通过最小化弹性和排斥能表征预应力形态，发现组装簇大小控制的形态转变导致旋转对称性自发破缺。
2023-06-01 cond-mat.soft
Thermal stability and secondary aggregation of self-limiting, geometrically-frustrated assemblies: Chain assembly of incommensurate polybricks
本文研究一维非公度多砖块链式组装的热稳定性，揭示阻挫弹性与弱缺陷键竞争导致自限制链在低温高浓度下发生二次聚集，并确定稳定自限制窗口的条件。
2023-08-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometrically Frustrated Assembly at Finite Temperature: Phase Transitions from Self-Limiting to Bulk States
本文通过二维晶格模型的 Monte Carlo 模拟，揭示几何阻挫自组装由浓度逾渗和降温/降阻挫两种机制驱动，从自限制畴转变为缺陷体态的相图与规律。
2025-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic size control in curvature-frustrated tubules: Self-limitation with open boundaries
我们使用计算建模来研究几何受挫组件，其中的局部包装几何的子单元是不兼容的统一的，无应变的大规模组装的基于粒子的模型的组装热力学。该模型考虑离散的三角形亚基，驱动组件朝向一个封闭的，六边形有序的小管，但具有局部有利于负高斯曲率的几何形状。我们使用动态蒙特卡罗模拟和增强的采样方法来计算自由能景观和相应的自组装行为作为控制组装驱动力和挫折的大小的实验可访问的参数的函数。结果确定了有限温度自限制组装发生的参数范围，其中平衡组装尺寸分布在明确定义的有限尺寸附近急剧达到峰值。模拟还确定了两种机制，系统可以逃脱挫折和组装到无限的大小，并确定抑制无限增长的亚基的粒子尺度特性。
2021-09-02 cond-mat.soft
Hierarchy of Geometrical Frustration in Elastic Ribbons: shape-transitions and energy scaling obtained from a general asymptotic theory
在许多情况下，几何阻挫弹性带根据它们的宽度和厚度之间的关系表现出显著的构型变化。我们表明，这样的过渡的存在，以及它发生的缩放，强烈依赖于系统考虑。使用渐近的方法，处理的宽度作为一个小参数，我们发现导致的挫折和预测的存在和缩放的形状转变的能量项。我们详细研究了5种不同类型的沮丧丝带与不同的形态依赖于丝带的宽度：一个尖锐的形状过渡在临界宽度，一个温和的过渡与中间制度，并没有过渡。我们表明，我们的方法的预测与两种不同实验系统的实验结果相匹配：预应力橡胶双层和4D打印热塑性塑料，在各种几何设置中。
2021-08-10 cond-mat.soft
Stress accumulation versus shape flattening in frustrated, warped-jigsaw particle assemblies
本文提出一种“翘曲拼图”二维粒子模型，结合数值模拟与连续介质弹性理论，揭示了由粒子微观特性产生的大尺度应力梯度如何实现自限制的各向异性带状组装，并阐明了其尺寸控制的弹性机制与上下限。
2022-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Programmed Wrapping and Assembly of Droplets with Mesoscale Polymers
大自然非常善于使用界面来构建结构，封装试剂和调节生物过程。受大自然的启发，我们描述了柔性聚合物基带，称为“介观聚合物”（MSP），以调节与液滴的界面相互作用。这产生了前所未有的鞭毛状结构和MSP包裹液滴形式的混合组装体。这些混合结构的成功制备取决于界面相互作用和定制的MSP组合物，例如具有对流体-流体界面具有明显不同的亲和力以及机械性质的结构域的MSP。MSP液滴相互作用的原位测量证实，MSP具有可以忽略不计的弯曲刚度，允许界面能驱动中尺度组装。通过利用这些界面驱动力，介观聚合物被证明是一个强大的平台，支持在流体中制备复杂的混合结构。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Orientational dynamics of colloidal ribbons self-assembled from microscopic magnetic ellipsoids
我们结合实验和理论来研究偶极椭球体的取向动力学，偶极椭球体自组装成细长的带状结构，由于在每个粒子中存在垂直于长轴的永久磁矩。采用溶胶-凝胶法合成了单分散的赤铁矿椭球体，并在静态或动态磁场作用下排列成带状。我们发现，在一个振荡的字段下，带重新定向垂直于场的方向，在静态场下观察到的行为相反。这一观察结果在理论上解释作为一个单一的粒子与取向和退磁场能量的相互作用的椭球链。该模型允许描述链的取向行为，并捕捉到它的动态在不同强度的致力场。理解各向异性磁性胶体的复杂动力学和组装是控制结构形成的必要步骤，其在不同的基于流体的微尺度技术中具有直接应用。
2016-07-01 cond-mat.soft
Cumulative geometric frustration in physical assemblies
当一个物理集合的组成部分局部地倾向于一种无法在全局上实现的安排时，就会出现几何挫折。最近，这样的挫折组件被证明表现出平行，尺寸限制，大的形态变化和其他外来的响应特性。虽然这些独特的特性可以被证明是几何挫折的直接结果，但一些几何挫折系统并不表现出任何上述现象。在这项工作中，我们利用内在的方法提供了一个框架，直接解决在物理组件的挫折。该框架突出了与描述物理组装的内在字段相关联的兼容性条件的作用。我们表明，结构的兼容性条件决定了小组件的行为，特别是预测其超广泛的能量增长指数。我们说明了这个框架的使用，几个著名的挫折大会。
2021-12-14 cond-mat.soft
Elastocapillary deformation of thin elastic ribbons in 2D foam columns
液体界面形成细长弹性结构的能力为控制机械自组装的结构提供了强有力的策略。然而，弹性毛细驱动的智能设计在更复杂的结构液体（如泡沫）中仍然未被探索。在这里，我们提出了一个模型系统，它结合了气泡和细长的弹性结构的组件。在受限环境中，肥皂泡的排列形成了明确的周期性结构，这是由Plateau定律决定的。我们考虑一个2D泡沫柱形成在一个正方形截面的圆柱体中，我们引入了一个弹性体带，导致建筑结构的几何形状是由弹性和毛细作用之间的竞争指导。在这个系统中，我们量化实验和理论上的平衡形状，使用X射线显微断层扫描和能量最小化技术。除了理解的波浪形弹性带状变形的幅度，我们提供了一个详细的分析的带状轮廓，并表明，这样的设置可以用来授予形状的UV固化复合细长结构，作为一种泡沫形成技术，适合于pellisation。在更一般的条款，这项工作提供了一个垫脚石，对液体泡沫和细长结构之间的相互作用的更好的理解。
2021-11-27 cond-mat.soft
Evaporative self-assembly of motile droplets
自组装是生物系统的基本构建原理，代表了未来制造业的一种有前途的方法，但产量往往受到不期望的亚稳态的限制。同时，退火方法也一直是引导复杂系统达到最优状态的重要手段。尽管它们的重要性，有很少的尝试，实验可视化退火过程中发生的微观动力学。在这里，我们提出了一个实验系统，使相互作用的多体动力学的研究，通过利用多液滴蒸发的物理在规定的晶格网络。运动二元液滴的集合被接种到六边形晶格模板中，其中通过气相介导相互作用，并且可以通过应用全局引力场来操纵。我们表明，有限系统（61液滴）的相互作用液滴有一个有效的长程相互作用，导致形成挫折，亚稳态。应用周期性的全局引力场可以驱动系统通过非平衡相变，将锁相同步与相互作用主导的行为分离。最后，我们直接可视化场驱动退火，导致终端状态，是不那么沮丧。总的来说，我们的研究结果代表了一个新的平台，用于研究多体物理与远程相互作用，使基于场的控制策略的设计编程的复杂多体系统的自组装。
2020-09-11 cond-mat.soft nlin.AO
The role of collective motion in examples of coarsening and self-assembly
从其组成部分构建图案化结构的最简单处方是将粒子添加到适当的模板中，一次一个。然而，自然界中的自组织分子和胶体系统可以以更加分层的方式进化。具体地，成分（或成分的集群）可以聚集以形成集群（或集群的集群），其用作组装的后续阶段的构建块。在这里，我们评估的性质和后果，这种集体运动在一组原型组装过程。我们这样做使用计算机模拟，其中系统的能力，层次动态可以系统地控制。通过明确地允许或抑制集体运动，我们量化了它的影响。我们发现，在一个二维的有吸引力的格子气（和一个类似的三维非格子模型）的粗化自然是由集体运动在很宽的温度和密度范围内。在这种情况下，集团的流动性抑制发展的均匀共存相，特别是当宏观偏析是强烈的热力学青睐。相比之下，模型病毒衣壳的组装并没有受到阻碍，而是通过集体移动来促进，这促进了由几个单体组成的中间体的有序结合。
2009-04-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical Self-Assembly of a Strain-Engineered Flexible Layer: Wrinkling, Rolling, and Twisting
弯曲结构的自成形，特别是那些涉及柔性薄层的弯曲结构，由于其在例如纳机电/微机电系统（NEMS/MEMS）、传感器、人造皮肤、可拉伸电子器件、机器人和药物递送中的广泛潜在应用而引起了越来越多的关注。在这里，我们提供了一个概述最近的实验，理论和计算研究的机械自组装的应变工程薄层，重点是系统中的弯曲和stretchingenergy之间的竞争引起了各种ofdeformations，如扭曲，滚动和扭曲。我们解决的原则，机械不稳定性，这是经常表现在应变工程薄层的双稳态或多稳态。系统地研究了螺旋带的形状选择和转变原理。我们希望对这些丰富现象背后的力学原理有更全面的理解，可以促进新技术的发展，用于制造功能三维结构，以满足广泛的工程应用需求。
2015-12-09 cond-mat.soft
Dissipative self-assembly of colloidal suspensions
University of Delaware（特拉华大学）
研究通过磁场开闭的耗散过程使磁性胶体悬浮液自组装形成致密动态稳态相，利用聚类分析构建相图并识别六个结构特征区域。
2026-03-15 cond-mat.soft
Synthesis and self-assembly of aminyl and alkynyl substituted sophorolipids
槐糖脂是一种重要的微生物生物表面活性剂，由于其大规模的生产和应用，目前已在洗涤剂、微生物、化妆品和环境科学等领域得到了广泛的应用。然而，天然槐糖脂的结构多样性是有限的/受限制的，这是开发新特性及其潜在应用的限制性事实。C18：1槐糖脂（SL）的开放酸性形式通常由槐糖头基和羧酸（COOH）端基组成。羧基赋予它们独特的pH响应特性，但它们是反应性差的基团，并且它们的电荷只能是负的。为了开发新一代pH响应性、带正电荷的SL并提高其进一步官能化的反应性，我们在此开发了具有胺（-NH 2）或末端炔（-C $\not\equiv$ CH）端基类似物的SL。胺基产生带正电荷的SL，并且比羧酸更具反应性，例如对醛;炔基提供基于铜的点击化学的途径。在这项工作中，我们合成（C18：1）和（C18：0）-NH 2和（C18：1）-C $\not\equiv$ CH槐糖脂衍生物，我们研究了它们的自组装性能响应于pH值和/或温度的变化，通过静态和动态光散射，小角度（X-射线，中子）散射和低温电子显微镜。单不饱和氨基SL-C18：1-NH 2槐糖脂在高pH下以其中性形式形成胶束相，在低pH下以其带正电荷形式形成混合胶束-双层相。0-NH 2槐糖脂在低pH下以其带电形式形成胶束相，在高pH下以其中性形式形成扭带相，单不饱和炔基SL-C18：1-C $\not\equiv$ CH槐糖脂在T> 51.8时形成主胶束…
2020-10-07 cond-mat.soft
Hydration-controlled twist forms a moiré glass in charge-frustrated layered silicates
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究发现蒙脱石通过水合态调控层间扭转角（1-2°、4°、10°），形成长波长莫尔超晶格但无长程有序，定义为莫尔玻璃，晶格电荷无序稳定角度偏好，水合作用可编程调控扭转。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Filamentous phages as building blocks for reconfigurable and hierarchical self-assembly
丝状噬菌体如fd样病毒是单分散的棒状胶体，具有明确的性质：直径，长度，刚性，电荷和手性。对这些病毒进行工程改造后，形成了一个胶体棒库，可用作可重构和分层自组装的构建模块。它们在水溶液中的缩合作用{与添加剂聚合物，其作为驱逐剂诱导}杆之间的吸引力导致无数的流体状微观结构，从各向同性/微滴、胶体膜、非手性膜种子、扭曲带、$π$ -壁、孔、胶体skyrmions、莫比乌斯锚、扇贝膜到膜筏。这些结构和它们形状变化的方式不仅揭示了熵、手征挫折和拓扑在软物质中的作用，而且还模拟了不同科学领域中遇到的许多结构。一方面，丝状体作为胶体硬棒的实验实现，它们通过耗尽相互作用介导的凝聚构成了棒状颗粒自组装的蓝图，并为面向生物或材料的应用提供了基础。另一方面，病毒的手性性质限制了某些结果的普遍性，但大大拓宽了自组装的可能性。
2017-11-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Equilibrium mechanisms of self-limiting assembly
本综述探讨了自限制组装的平衡机制，通过统计力学框架解析相同亚基如何通过非共价作用选择有限尺寸，并分类介绍了自闭合与开放边界两大组装系统及其物理机制与局限性。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Assembly of Core-Shell Hybrid Nanoparticles by Directional Crystallization of Grafted Polymers
本研究通过将可结晶聚合物接枝到SiO₂纳米颗粒上，利用配体定向结晶驱动自组装，两步形成核壳杂化纳米结构，揭示了配体在构建复杂杂化材料中的关键作用。
2023-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-limited stacking of non-Euclidean colloidal shells: From saddles to caps
University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本研究扩展曲率体模型至非欧几里得几何（球形帽、马鞍形），发现壳厚度通过Foppl-von Karman数影响弹性成本累积，导致自限尺寸依几何形状而异，马鞍形堆叠具有稳健尺寸选择与低分散性。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An elasto-visco-plastic model for immortal foams or emulsions
各种复杂的流体存在于柔软的圆形物体中（泡沫、乳液、共聚物胶束或多层囊泡的组装体-也称为洋葱）。它们的密集堆积导致与它们优选的圆形或球形形状略有偏差。作为相互作用的物体的受抑集合，这样的材料通过由有限的外力驱动的一系列离散的拓扑事件从一种构象演化到另一种构象。因此，材料表现出有限的屈服阈值。单个物体通常会自发地演化（胶体扩散、物体聚结、分子扩散），并且在低应力或零应力下的材料特性可能会随着时间而改变，这种现象称为老化。我们忽略这样的影响，以解决更简单的行为（不常见的）不朽的流体：我们构建了一个最小的，完全张量，流变模型，相当于（标量）宾汉模型。重要的是，该模型一致地描述了这种软材料在经历（不可压缩的）塑性蠕变或在更高应力下的粘性流动之前在弹性状态（无论是否可压缩）下基本变形的能力。
2007-11-02 cond-mat.soft physics.class-ph
Macroscopic DNA-programmed photonic crystals via seeded growth
本文提出一种稳健的两步法协议，通过微流控液滴组装与晶种扩散限制生长，成功制备包含数百万光学级DNA功能化颗粒的宏观单畴光子晶体，克服了动力学陷阱，为DNA编程光子器件工程化扫除关键障碍。
2023-03-07 cond-mat.soft physics.optics
