Frequency-dependent magnetic susceptibility of magnetic nanoparticles in a polymer solution: a simulation study
磁性复合材料，即弹性体、聚合物凝胶或具有嵌入的磁性纳米颗粒的聚合物溶液，可用于许多技术和生物医学应用。然而，颗粒的磁性和（粘）弹聚合物基质的机械性能之间的耦合机制的微观细节仍然没有得到解决。在这里，我们研究了一个单域球形磁性纳米粒子，悬浮在聚合物溶液中的响应，以交变磁场。作为相互作用，我们只考虑排除体积与聚合物的相互作用和通过溶剂介导的流体动力学相互作用。采用线性响应Green-Kubo方法计算了交流极化率谱，研究了聚合物浓度和聚合物长度对极化率谱的影响。我们的数据与最近测量的典型磁性复合系统的交流磁化率进行了比较[Roeben等人，Colloid and Polymer Science，2014，2013- 2023]，并证明了流体动力学耦合在此类系统中的重要性。
2020-10-27 cond-mat.soft
Non-equilibrium Properties of an Active Nanoparticle in a Harmonic Potential
活性粒子由于其定向运动而打破热力学平衡，这导致在存在限制势的情况下的复杂和有趣的行为。然而，当处理活性纳米颗粒时，旋转扩散的压倒性存在阻碍了定向运动，导致其有效温度的增加，但在其他方面掩盖了自推进的效果。在这里，我们展示了一个实验系统，其中活性纳米颗粒浸入临界溶液中，并保持在光学谐波电位功能远离平衡的行为超出了其有效温度的增加。当增加激光功率时，我们观察到从玻尔兹曼分布到非平衡态的交叉，其中粒子围绕光束轴进行快速轨道旋转。这些发现是合理的解决福克-普朗克方程的粒子的位置和方向的一个时刻的扩展。提出的自推进机制是由于颗粒的非球形和溶质的低临界点。
2020-09-17 cond-mat.soft
Tuning friction at material-nanoparticle-liquid interfaces with an external electric field
首次报道了使用电泳力来调节具有静态或低频（0.6-50 mHz）电场的材料-纳米颗粒-液体界面处的摩擦。外部电场被用来重新定位带负电荷的TiO 2或带正电荷的Al 2 O 3纳米粒子悬浮在水中的方向垂直于一个平面铂表面的石英晶体微量天平，然后被用来监测摩擦剪切力在界面处。已经证明了TiO 2和Al 2 O3悬浮液的摩擦的主动电可调控制。对于TiO 2悬浮液，摩擦剪切力的显着下降，没有观察到的Al 2 O 3，可能归因于分子薄间隙水层的存在下，在TiO 2颗粒和基板之间的区域。通过改变外部电场的频率，还研究了与纳米颗粒在垂直于表面的方向上的运动相关的时间尺度，并确定其与玻璃状或聚合物材料的时间尺度相似。总的来说，研究表明，由电场主动驱动的纳米颗粒可以作为“无摩擦”原子力探针，能够在光学和微机械探针无法到达的几何形状中“轻敲模式”探索界面性质和纳米级相互作用。
2019-01-29 cond-mat.soft
Magnetic susceptibility, nanorheology, and magnetoviscosity of magnetic nanoparticles in viscoelastic environments
虽然近年来对悬浮在牛顿溶剂（铁磁流体）中的磁性纳米颗粒进行了深入研究，但周围介质的粘弹性对纳米颗粒动力学的影响却知之甚少。在这里，我们研究了一个介观模型的取向动力学孤立的磁性纳米粒子受到外部磁场，粘性和粘弹性摩擦以及相应的随机扭矩。我们解决了弱粘弹性的过阻尼极限模型解析。通过与布朗动力学模拟的比较，我们建立了解析解的有效性限制。我们发现粘弹性不仅使磁化弛豫变慢，虚磁化率$χ''$的峰值向低频移动，磁粘滞性增加，而且导致非指数弛豫和$χ''$的展宽.我们研究的模型还允许测试最近的建议，使用磁化率测量作为纳米流变工具，使用一个变体的德国DiMarzio主教关系。我们发现，本模型和某些参数范围内的磁化率的剪切模量的关系是满意的一个很好的近似。
2018-03-19 cond-mat.soft
Electromagnetic propulsion and separation by chirality of nanoparticles in liquids
介绍了一种利用手征性推进和分离悬浮在液体中的小铁磁颗粒的新机制。在直流均匀磁场H和交流均匀磁场H的作用下，电场具有相反手性的E异构体沿相反方向运动。这种机制可对一系列新兴技术产生重大影响。手征速度的分量是奇数的H被发现是成比例的磁化电子的固有轨道和自旋角动量。这种效应的出现是因为铁磁颗粒对所施加的扭矩的响应就像一个小陀螺仪。
2011-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Water-mediated ordering of nanoparticles in electric field
界面极性分子对外加电场具有强烈的各向异性响应，有利于偶极取向平行于界面。在水中，特别是，这种效果结合了一般的取向偏好引起的空间不对称性的水氢键下限定的几何形状，这可能会引起一个Janus接口。这两种效果表现在相当大的依赖性的水极化的两个领域的方向相对于接口，和极性（符号）的字段。使用分子模拟，我们证明了强场诱导的取向力作用于非极性表面，通过水调解。在与DNA聚离子周围的电场相当的场强下，我们预测作用于相邻纳米颗粒的扭矩足以克服热波动。这些扭矩可以使表面小至1 nm 2的颗粒对齐。该机制可以支持悬浮纳米粒子的电控排序作为调整其性能的手段，并可以在电纳米机械设备中找到应用。
2008-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrophoretic mobility without charge driven by spontaneous polarization of the nanoparticle/water interface
当水与疏水性溶质或空气接触时自发发生的界面极化与均匀的外部场耦合以产生作用于悬浮颗粒的非零力。这种力甚至在没有净粒子电荷的情况下也存在，并且其方向受界面水的一阶、偶极和二阶、四极取向序参量的影响。四极极化产生有效的负电荷。相应的表面电荷密度与剪切表面的面积成反比。因此，从四极极化的颗粒迁移率的整体贡献变得可以忽略不计相比，实验报告的值超过几个纳米的大小的颗粒。界面的偶极序决定了亚微米粒子的零电荷迁移率。相应的动电电荷由界面偶极子相对于表面法线的择优取向决定。
2013-06-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Morphology Selection of Nanoparticle Dispersions by Polymer Media
可设计的介质可以通过空间组织纳米颗粒来控制纳米复合材料的性能。在这里，我们从理论上研究粒子组织的接枝链（“刷”）的聚合物薄膜。小于刷确定的阈值的聚合物可溶性纳米颗粒分散在膜中的深度与颗粒体积成反比。在聚合物不溶的情况下，聚集是定向的：提供的颗粒在膜表面是非润湿的，刷子稳定分散体，并选择其最终形态的巨大细长聚集体与刷子选择的宽度。
2002-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
In-situ investigation of temperature induced agglomeration in non-polar magnetic nanoparticle dispersions by small angle X-ray scattering
非极性磁性纳米颗粒在冷却时聚集。该过程之后是原位小角度X射线散射，以评估出现的团聚体的结构性质。在几个粒径的长度尺度上，发现小（d = 12nm）和大（d = 22nm）纳米颗粒的团聚体之间没有差异。观察到局部填充分数为$η$ = 0.4的硬球状随机填充。在较大的尺度上，小颗粒形成紧凑的超结构，而大颗粒排列成团聚体，类似于链状结构的SAXS。这可以通过主导较大颗粒的定向磁偶极子相互作用来解释，而各向同性范德华相互作用控制较小颗粒的团聚。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Dynamics of optically directed assembly and disassembly of plasmonic nanoplatelet arrays
基于纳米颗粒的光学物质的研究只考虑了球形成分。然而，具有其他形状的纳米颗粒预计具有不同的局部电磁场分布，因此与光学物质阵列中的邻居相互作用。因此，人们会期望它们的动态也不同。我们研究了有序阵列的等离子体纳米片在光学线阱中的定向组装，通过全息光束整形改变相位梯度来展示阵列的可重构性。与等离子体纳米球相比，纳米片上较弱的梯度力和由此产生的较慢的运动允许精确研究它们的组装和分解动力学。在间隔数百纳米到几微米的颗粒之间检测到时间和空间相关性。电动力学模拟揭示了多极等离子体激元模式，诱导短距离（近场）和较长范围的电动相互作用的存在。这些相互作用导致了强相关性和观察到的非均匀动力学。我们的发现展示了通过利用多极等离子体模式之间的干涉来产生复杂的可寻址光学物质的新机会，并创造了新的有源光学技术。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Reversible Electron-Beam Patterning of Colloidal Nanoparticles at Fluid Interfaces
针对小尺寸胶体纳米颗粒外场自组装效果差、电子束组装可控性弱的问题，研究了离子液体液滴界面二氧化硅纳米颗粒的电子束作用机制，通过调电压实现可逆图案化，为纳米胶体操控提供新策略。
2024-09-12 cond-mat.soft
Deterministic Deposition of Nanoparticles with Sub-10 nm Resolution
将纳米颗粒精确沉积在基底上的限定位置仍然是一项具有挑战性的任务，因为它同时需要稳定的长距离运输和吸引到目标位置以及精确的短距离取向和沉积。在这里，我们提出了一种方法的基础上的几何形状引起的能量景观在纳米流体狭缝的粒子操作：布朗电机或电渗流用于粒子输送到目标区域。在目标部位，静电捕获定位和定向粒子。最后，减小狭缝的间隙距离依次导致颗粒位置的聚焦和进入粘合剂接触的几个纳米的跳跃。对于60 nm的金球，我们获得了8 nm的定位精度。该方法的多功能性进一步证明了堆叠组装的纳米棒和直接沉积的InAs纳米线。
2020-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Substrate-Directed Wetting Layers in Bicontinuous Particle-Stabilised Emulsions
Utrecht University（乌得勒支大学）
本研究通过实验结合数值模拟，揭示了STrIPS法制备的负载型bijel薄膜中，基底润湿性和纳米颗粒含量对界面润湿层结构的调控规律，为其功能化应用提供了关键依据。
2026-08-14 cond-mat.soft
Collective transport efficiency of microswimmer swarms optimized by tactic run-tumble dynamics
本研究结合理论与模拟揭示随机奔跑-翻滚运动对微型游泳者群体流体动力夹带的影响，发现中等定向程度可使Péclet数表征的输运效率最优。
2025-09-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Assembly of nanocube super-structures directed by surface and magnetic interactions
我们模拟了具有长程磁偶极和短程表面相互作用的立方体颗粒的团簇和晶格的稳定性。两个现实的系统被认为是：一个磁化取向的[001]晶体学方向，和其他磁化沿[111]方向。我们首先在$T=0$ ~K的极限下研究了磁性纳米立方体团簇，试图阐明低能构型的结构起源，然后在模拟中分析了相同系统的有限温度行为。我们的研究结果表明，偶极耦合可以稳定纳米粒子组装与立方，平面和线性排列之前在实验中看到的。虽然有吸引力的表面能支持超立方体的形成，但排斥力导致杆和链形式的细长结构。我们观察到稳定的铁磁平面安排的立方体站在他们的角落和接触的边缘。我们说明，最小的能量结构只取决于组装的大小和平衡的表面排斥和磁偶极耦合。所呈现的结果可扩展到不同的颗粒尺寸和材料参数。
2020-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Active Particles in Complex and Crowded Environments
与被动布朗粒子不同，主动粒子，也称为自推进布朗粒子或微泳者和纳米泳者，能够从其环境中吸收能量并将其转化为定向运动。由于这种能量的不断流动，它们的行为只能在非平衡物理学的框架内解释和理解。在生物学领域，许多细胞进行定向运动，例如，作为一种浏览营养物质或避免毒素的方式。受这些能动微生物的启发，研究人员一直在开发基于不同机制具有类似游泳行为的人造颗粒;这些人造微型和纳米机器作为医疗保健，可持续性和安全应用的自主代理人具有巨大潜力。重点关注自推进布朗粒子与拥挤和复杂环境相互作用的基本物理特征，这篇全面的综述将使读者处于该领域的最前沿，通过其基本原理，人工自推进微和纳米粒子的发展，以及它们在非平衡现象研究中的应用，以及该领域目前面临的公开挑战。
2016-12-29 cond-mat.soft
Multiparticle Collision Dynamics for Ferrofluids
本研究提出一种耦合多粒子碰撞动力学与磁性纳米粒子随机磁化动力学的铁磁流体介观混合模型，经磁粘效应验证，可用于探究磁流体流动及溶剂效应模拟。
2022-04-06 cond-mat.soft
Nanofluidic Rocking Brownian Motors
由于大多数相互作用机制的不利缩放到小的长度尺度，因此在流体中控制和传输纳米级物体是具有挑战性的。我们通过精确地塑造纳米流体狭缝的几何形状并利用带电粒子和壁之间的静电相互作用来设计纳米粒子的能量景观。定向输运是通过将不对称势与振荡电场相结合来实现的，以实现摇摆布朗马达。使用直径为60 nm的金球，我们研究了具有高时空分辨率的电动机的物理特性，从而实现了与理论的无参数比较。我们制造了一种分选设备，可以在几秒钟内将60和100纳米的颗粒从相反的方向分离出来。建模表明，该设备分离的颗粒具有1纳米的径向差异。
2018-08-24 cond-mat.soft
Shape induced segregation and anomalous particle transport under spherical confinement
胶体或纳米粒子在约束下的流动性对广泛的物理和生物过程至关重要。在这里，我们介绍了一个极小模型的粒子在流体动力学连续研究如何粒子的形状和浓度影响的颗粒在球形约束的运输。具体而言，浸没边界一般几何Ewald的方法是通过模拟短和长范围波动的水动力相互作用的影响下，适当的非滑动条件下的限制壁的球体和圆柱体的动力学。一个有效的$\it{O(N)}$并行有限元算法的使用，从而允许在高浓度的模拟，而切比雪夫多项式近似实现，以满足波动耗散定理。悬浮颗粒的浓度依赖性的异常扩散观察。据发现，引入圆柱体的背景中的球体，即具有简单程度的各向异性的颗粒，具有显着的影响上的颗粒的结构和动力学。首先，增加圆柱体的分数引起颗粒分离效应，其中球体被推向壁并且圆柱体保持在腔的中心附近。相对于在相同体积分数下纯球体的系统中遇到的流动性，这种分离导致球体的流动性较低。第二，扩散到异常的过渡和异常的程度-量化的幂律指数的均方位移与时间的关系-都增加的气缸的分数变得更大。这些发现与细胞质中扩散的研究有关，在细胞质中，蛋白质表现出大小和形状的分布，可能导致在这里报告的模拟中确定的一些影响。
2020-02-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
