Two plateau moduli for actin gels
已经报道了肌动蛋白溶液中平台模量的实验结果：通常利用缠结作为宏观储能模量来源的想法与柔性聚合物的粘弹性行为进行类比。我们解决了明显的实验和理论上的矛盾，指出两个不同的平台制度作为频率的函数的半柔性聚合物的半稀溶液的可能性。我们指出，在宏观尺度上，纵向位阻和横向位阻会产生非常不同的影响。
1997-04-17 cond-mat.soft
To roll or not to roll(?) is the yield stress (in soft particulate gels)
本研究通过粗粒化模拟发现，软颗粒凝胶中屈服应力的产生不仅源于吸引相互作用和聚集，更关键在于键合颗粒间相对旋转运动的微观约束，为该材料的工程应用提供了微观力学新见解。
2025-03-21 cond-mat.soft
Nonlinear viscoelasticity and generalized failure criterion for polymer gels
聚合物凝胶表现为软粘弹性固体，并表现出一般的非线性力学响应，其特征在于在不可逆失效之前显著硬化，最常见的是通过宏观断裂。在这里，我们的目的是捕获后一种情况下的蛋白质凝胶使用的非线性积分本构方程建立在（$i$）的线性粘弹性响应的凝胶，在这里很好地描述了幂律松弛模量，和（$ii$）的非线性粘弹性的凝胶，编码成“阻尼函数”。这样的形式主义定量预测的剪切启动实验的凝胶机械响应，宏观故障的发病。此外，由于凝胶失效涉及宏观裂纹的不可逆增长，我们耦合后者的应力响应与贝利的脆性固体的耐久性准则，以预测在故障点的应力$σ_c$和应变$γ_c$的临界值，以及它们如何与所施加的剪切速率缩放。理论和实验之间的良好的协议表明，在这种软粘弹性凝胶的裂纹增长是一个马尔可夫过程，贝利的标准远远超出了硬材料，如金属，玻璃，或矿物。
2017-01-05 cond-mat.soft
Imprinting Macroscopic Fracture during Gelation: A Mechanism for Tuning Colloidal Gels
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（法国国家科学研究中心物理实验室）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
研究发现非线性剪切可永久改变胶体凝胶的粘弹性质，通过印刻宏观裂纹模式调节其性能。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A microscopic model for colloidal gels with directional effective interactions: Network induced glassy dynamics
利用分子动力学研究了低体积分数胶体凝胶微观模型的结构和动力学。定向相互作用的存在导致在不发生相分离的温度下形成持久的互连网络。我们发现，大规模的空间相关性强烈依赖于体积分数和持久网络的形成的特点。我们观察到一个预峰值的静态结构因子，并将其与网络结构。凝胶化时的缓慢动力学的特征在于网络结构（链）的移动部分的快速集体运动与产生拉伸指数松弛的大规模重排共存。我们表明，一旦网络是足够持久的，它会导致缓慢的，合作的过程中，网络节点。我们认为，这种特殊的玻璃态动力学是低体积分数的胶体凝胶物理的一个标志。
2010-01-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strand plasticity governs fatigue in colloidal gels
固体的重复加载导致微观结构损伤，最终导致灾难性的材料失效。虽然对几乎所有材料的稳定性构成重大威胁，但疲劳的微观起源，特别是软固体，仍然难以捉摸。在这里，我们探讨疲劳的胶体凝胶作为原型不均匀的软固体相结合的实验和计算机模拟。我们的研究结果揭示了机械载荷如何导致不可逆的股线拉伸，这将松弛建立到网络中，在小应变下软化固体，并在较大变形下引起应变硬化。因此，我们发现，微观塑性管辖疲劳在更大的尺度。这就产生了一个新的图片疲劳在软热固体，并要求新的理论描述的软凝胶力学，其中考虑到局部塑性。
2017-09-11 cond-mat.soft
Role of normal stress in the creep dynamics and failure of a biopolymer gel
我们研究了生物聚合物凝胶在恒定剪切载荷下的延迟破裂，同时动态光散射和流变学测量。我们揭示了凝胶化过程中建立的法向应力的关键作用：所有最终断裂的样品在凝胶化过程中都会自我弱化，正如伴随着微观塑性重排爆发的法向应力的部分松弛所揭示的那样。在施加剪切应力时，弱化的凝胶在其微观动力学中在蠕变状态下表现出独特的特征，其预期高达数千秒的宏观断裂。压裂凝胶中的动力学比非压裂凝胶的动力学快，并且表现出大的时空波动。具有显著塑性的空间局部化区域最终成核，逐渐膨胀，并最终侵入整个样品，引发宏观失效。
2020-12-17 cond-mat.soft
Uncovering the dynamic precursors to motor-driven contraction of active gels
细胞和组织具有主动产生改变其形状所需的力的非凡能力。这种主动的机械行为主要是由肌动蛋白细胞骨架介导的，肌动蛋白细胞骨架是由肌球蛋白马达收缩的肌动蛋白细丝的交联网络。实验和活性凝胶理论已经确定，凝胶收缩发生的长度尺度由分子马达活性和交联密度之间的平衡决定。相比之下，控制细胞骨架收缩活动的动力学仍然知之甚少。在这里，我们调查的微观动态重构肌动蛋白-肌球蛋白网络，同时使用实时空间视频显微镜和傅立叶空间动态光散射。光散射揭示了丰富的和意想不到的微观动态，随着样品年龄的发展。我们发现了两个动力学的前体，宏观凝胶收缩。一个是由应力诱导的重排的逐步加速的特点，而另一个由依赖于网络粘附到边界的突然重排，是高度异质性。我们的研究结果揭示了一个有趣的类比主动凝胶的自驱动破裂和崩溃的被动凝胶在外部负载下的延迟破裂。
2018-12-16 cond-mat.soft
Linking particle dynamics to local connectivity in colloidal gels
胶体凝胶是异质网络固体的典型例子，其复杂的性质由热活化动力学控制。在这封信中，我们通过实验建立了单个粒子的间歇动力学与它们的局部连通性之间的联系。我们解释我们的实验与模型，描述单粒子动力学的基础上高度合作的热脱粘。该模型，在定量协议与实验，提供了一个微观图片的结构起源的动态异质性胶体凝胶和揭示了新的光结构和复杂的力学之间的联系，这些异质固体。
2016-12-02 cond-mat.soft
Tunable dynamics of microtubule based active isotropic gels
我们研究了由驱动蛋白分子马达簇驱动的成束微管活性凝胶的动力学。加入ATP后，数千个分子马达的协调作用将凝胶驱动到高度动态的类似于胶体的状态，这种状态持续数小时，并且仅受组成蛋白质的稳定性和化学燃料的可用性的限制。我们的特征如何增强运输和紧急宏观流动的活性凝胶依赖于相关的分子参数，包括ATP，驱动蛋白电机，和耗尽浓度，微管体积分数，以及化学计量的组成电机集群。我们的研究结果表明，基于微管的活性凝胶的动力学和结构特性是高度可调的。它们还表明存在最佳浓度的分子马达，其使活性各向同性MT凝胶的远离平衡的活性最大化。
2014-09-26 cond-mat.soft
Stiffening attractive suspensions with solid inclusions or granularity effect in loaded colloidal gels
软物质材料的弹性性质可以通过固体夹杂物的存在而大大改变，固体夹杂物的微观性质，例如它们的尺寸和相互作用，可以具有显著的影响。为了阐明这些影响，我们使用广泛的流变学计算机模拟研究不同尺寸的固体夹杂物的胶体凝胶。我们表明，弹性性能的变化在一个高度不平凡的方式作为凝胶骨架和夹杂物之间的相互作用的后果。特别是，我们表明，关键方面是存在的凝胶骨架和其机械改变起源于夹杂物。为了证实我们的观察结果及其普遍性，我们对与胶体凝胶具有强烈相似性的乳液进行了实验，并证实了模拟中观察到的趋势。
2021-10-30 cond-mat.soft
Hierarchical cross-linking in physical alginate gels: a rheological and dynamic light scattering investigation
我们研究海藻酸盐凝胶，一类重要的生物聚合物为基础的粘弹性材料，通过结合力学测试和非传统的，时间分辨光散射方法的动力学。在施加压缩或剪切应力时观察到两种弛豫模式。动态光散射和扩散波光谱测量表明，这些模式与不连续重排事件，通过异常，非扩散微观动力学重构凝胶网络。我们表明，这些动力学是由于热激活和内部应力存储在凝胶化过程中，并提出了一个方案，其中具有不同寿命的交联层次结构是负责所观察到的复杂行为。在不同的温度和样品年龄的测量，以支持这种情况。
2013-09-24 cond-mat.soft
Non-equilibrium structure and dynamics in a microscopic model of thin film active gels
在ATP的存在下，分子马达产生主动力偶极子，驱动远离热力学平衡的蛋白质丝悬浮液，导致奇异动力学和斑图形成。微观建模可以帮助量化单个电机加细丝的组织和分子和超分子长度尺度上的动态之间的关系。在这里，我们提出了广泛的数值模拟的活性凝胶的马达和细丝被限制在两个无限的平行板之间的结果。热波动和排除体积之间的相互作用的细丝。电机运动，附件和分离，包括从丝端的差分分离率的速率的系统变化，揭示了一系列的非平衡行为。强烈的马达结合产生结构化的细丝聚集体，我们称之为星状体、束或层，其稳定性取决于马达速度和差异末端分离。通过一个简单的单纤维模型，可以捕捉到所观察到的结构对运动速率和纤维浓度的依赖性的总体特征。松散结合的聚集体表现出超扩散的质量传输，其中丝易位的尺度与滞后时间与非唯一的指数，取决于电机动力学。发现细丝速度作为电机速度和末端分离的函数的经验数据崩溃，表明相关参数空间的降维。最后，我们讨论了活性凝胶领域的微观建模的前景。
2014-02-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Swelling thermodynamics and phase transitions of polymer gels
我们提出了一个教学审查的溶胀热力学和相变的聚合物凝胶。特别是，我们讨论了如何凝胶的渗透平衡的体积相变的功能是类似于其他过渡所描述的二元混合物的平均场模型，和失败的这种类比在临界点，由于剪切刚度。然后，我们考虑在固定体积的相变，一个相对未开发的聚合物凝胶，导致在一个相分离的平衡，包括共存的富溶剂和溶剂贫乏的凝胶区域的范例。再次，凝胶的剪切刚度被发现有一个深刻的影响的相变，在这里导致宏观形状的变化，在恒定体积的样品，举例说明了可调屈曲的环形样品的聚合物凝胶。通过与极端力学进行类比，其中大的形状变化是通过机械不稳定性实现的，我们制定了极端热力学的概念，其中大的形状变化是通过热力学不稳定性实现的，即相变。
2019-06-12 cond-mat.soft
Microscopic basis for pattern formation and anomalous transport in two-dimensional active gels
本文通过广泛模拟研究了二维活性凝胶中图案形成与反常输运的微观基础，发现高密度和缓慢持续运动的马达会引发反常静态与超扩散质量输运，并指出其源于马达与丝状体间的极性耦合产生的有效自驱动。
2010-11-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active nematic gels as active relaxing solids
我提出了一个连续的理论，活性凝胶，定义为流体或悬浮液的定向棒状物体赋予主动动力学，这是基于对称性参数和热力学的兼容性。出发点是我们最近的理论，模型（被动）液晶作为松弛弹性体。粘弹性响应和微观成分的主动动力学之间的相互作用自然被考虑在内。与标准理论相比，活性不是作为应力张量的附加项引入的，而是作为外部重塑力加入的，它与被动松弛动力学竞争，并将系统从平衡中拖出来。在一个简单的一维通道的几何形状，我们表明，非均匀的有序和活动之间的相互作用的结果，无论是在一个自发的粒子流或自组织成子通道，在相反的方向流动。
2017-10-31 cond-mat.soft
Gels under stress: the origins of delayed collapse
如果体积分数足够大，则吸引性胶体颗粒在淬火成两相区域时可以形成无序的弹性固体或凝胶。当相互作用与热能相当时，凝胶内的应力承载网络随着时间的推移而重构，因为单个颗粒键断裂并重新形成。通常，在重力作用下，这种弱凝胶显示出长时间的无沉降或非常缓慢的沉降，随后是突然和快速的塌陷-一种称为延迟塌陷的现象。局部键断裂事件和延迟崩溃的宏观过程之间的联系还没有得到很好的理解。在这里，我们总结了延迟崩溃的主要特点，并讨论了微观过程，导致它。我们提出了一个合理的模型，连接键断裂的动力学凝胶崩溃和测试模型，通过探索施加的外力对凝胶的稳定性的影响。
2014-03-12 cond-mat.soft
Mechanical response of active gels
我们研究了一个模型的活性凝胶的交联半柔性丝与其他活性接头，如肌球蛋白II簇。我们表明，耦合的半柔性长丝的机械性能的电机的弹性导致收缩行为的凝胶，定性与实验观察。然而，马达软化了凝胶的零频率弹性常数。当集体电动机动力学被纳入模型中时，获得了在高频率下的网络硬化。控制低频和高频网络弹性之间的交叉的频率根据马达和细丝的微观特性进行估计，并且可以低至10^（-3）Hz。
2008-07-18 cond-mat.soft
Two-step aging dynamics in enzymatic milk gels
本研究通过时间分辨力学光谱揭示酶诱导牛奶凝胶老化分两步：先快速粗化后停滞，再经接触驱动机制老化，对乳制品及软胶体研究有重要意义。
2024-03-15 cond-mat.soft
Microstructures and Mechanical Properties of Dense Particle Gels: Microstructural Characterization
密集堆积的凝聚胶体颗粒凝胶的宏观力学性能强烈地依赖于粉末颗粒在几个颗粒直径的长度尺度上的局部排列。非均质微观结构表现出比其均质对应物高一个数量级的弹性性能和屈服强度。这些凝胶的微观结构进行了分析，通过直线路径法量化准线性颗粒排列的颗粒。它们表现出与颗粒材料中承受机械载荷的力链相似的特性。将这一概念应用到凝胶中发现，异质胶体微结构显示出显着更高的直线路径密度，并表现出更长的直线路径比均匀的同行。
2009-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stimuli-responsive twist actuators made from soft elastic composite materials -- linking mesoscopic and macroscopic descriptions
最近，已经提出了由磁流变凝胶和弹性体构造扭转致动器。这些材料由嵌入软弹性聚合物环境中的可磁化胶体颗粒组成。扭转驱动是通过内部粒子排列的净手性实现的。在由均匀外部磁场磁化时，系统的特征在于围绕磁化方向的整体扭转变形。从一个离散的最小介观模型设置开始，我们朝着宏观表征。这两个尺度通过识别作为介观模型参数的函数的宏观系统参数的表达式来连接。通过这种方式，宏观系统的观察行为原则上可以映射到适当的介观图像，并说明性地从介观图像中理解。我们的结果同样适用于相应的软电流变凝胶和弹性体。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Effects of the Interplay Between Motor and Brownian Forces on the Rheology of Active Gels
活性凝胶在细胞内发挥关键的机械作用，如细胞分裂、运动和力感测。执行这些功能所需的独特机械性能来自于分子马达和半柔性聚合物长丝之间的相互作用。分子马达可以将ATP水解释放的能量转化为高达皮牛顿量级的力。此外，形成活性凝胶的聚合物长丝足够柔韧以响应布朗力，但也足够硬以支撑由马达产生的力引起的大张力。预期布朗力具有显著的效果，特别是在运动活动中，在运动活动中制备稳定的非收缩性体外活性凝胶用于流变学测量。在这里，最初在电机主导动力学极限下制定的活性凝胶微观平均场论被扩展到包括布朗力。在这里提出的模型中，布朗力被准确地包括在内，在真实的室温下，即使在具有高运动活性的系统中。结果表明，一个微妙的相互作用，或竞争，电动机产生的力量和布朗力之间有一个重要的影响，在质量传输和流变性能的活性凝胶。模型预测表明，在低频率下，活性凝胶的动态模量主要由马达蛋白动力学决定。然而，布朗力显着增加的弛豫谱的宽度，并可以影响的形状的动态模量在一个很宽的频率范围内，即使电机布朗力的比例超过一百。由于电机和布朗力之间的比率是敏感的ATP浓度，这里提出的结果揭示了一些光的瞬态机械响应的活性凝胶如何改变与不同的ATP浓度。
2022-08-13 cond-mat.soft
Two Modes of Cluster Dynamics Govern the Viscoelasticity of Colloidal Gels
在低颗粒体积分数下，由强吸引颗粒形成的胶体凝胶由均匀尺寸的团簇的空间跨越网络组成。我们研究的热波动的集群使用微分动力学显微镜分解成两种模式的动力学，并通过流变学将它们与宏观粘弹性。第一种模式，在早期占主导地位，代表了局部的，个别集群的弹性波动。第二种模式，在晚些时候宣布，反映了集体，粘弹性动力学促进集群的连接。通过以不同比例混合两种不同吸引力强度的颗粒，我们控制集体模式开始占主导地位的过渡时间，从而调整二元凝胶的线性粘弹性模量的频率依赖性。
2021-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Creep in reactive colloidal gels: a nanomechanical study of cement hydrates
从软的聚合物凝胶到硬化的水泥浆，非晶态固体在恒定载荷下表现出显著的时间依赖性变形，称为蠕变。这种现象的微观机制在无定形材料中知之甚少，在密集堆积和化学反应性颗粒系统中构成了更大的挑战。这两个特点是突出存在于水合水泥浆组成的硅酸钙水合物（C-S-H）纳米粒子，其堆积密度增加作为时间的函数，而水泥水化发生。在水化的各个阶段进行纳米压痕测试和孔隙率测量的大量样品的收集，我们表明，水化水泥浆体的蠕变响应主要是由颗粒间的距离和结果（C-S-H）纳米颗粒之间的滑移控制。我们的研究结果提供了一个独特的洞察的微观机制，支撑在老化颗粒材料的蠕变响应，从而为混凝土的设计与改善抗蠕变性铺平了道路。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rheological investigation of gels formed by competing interactions: A numerical study
当胶体凝胶长时间暴露于稳定的剪切力下时，会发生从固体状到液体状的转变。这种现象，其特征在于由屈服点，被发现是强烈依赖于包装分数。然而，目前尚不清楚有效粒子间势如何影响这种转变。为了这个目的，我们提出了一个数值研究的平衡凝胶的流变学中，一个短程耗尽是由一个远程静电相互作用的补充。我们观察到一个单一的屈服事件的应力-应变曲线，发生在一个固定的应变。的压力过冲被发现遵循幂律依赖于Péclet数，指数大于耗尽凝胶中发现的，这表明其值可能系统地依赖于底层的胶体-胶体相互作用。我们还建立了一个映射之间的平衡态和稳定状态下的剪切，这使我们能够识别的剪切的存在引起的结构修改。值得注意的是，我们发现，对应于相同的Péclet数，通过不同的组合的剪切速率和溶剂粘度得到的稳定状态，表现出相同的结构和流变性能。我们的研究结果强调了理解胶体相互作用，溶剂效应和流动之间的耦合的重要性，能够描述剪切下的胶体颗粒的微观组织。
2019-02-07 cond-mat.soft
Computing the linear viscoelastic properties of soft gels using an Optimally Windowed Chirp protocol
我们使用分子动力学模拟的模型三维颗粒凝胶，研究线性粘弹性响应。的数值模拟相结合的一种新的测试协议（最佳窗口啁啾或OWCh），其中连续指数变化的频率扫描窗口的锥形余弦函数被应用。然后在傅立叶域中分析凝胶的机械响应。我们表明，i）OWCh导致一个准确的计算的全频谱的速度明显快于传统的离散频率扫描，并具有相当高的信噪比，和ii）的微观模型的体粘弹性响应可以描述在一个简单的介观本构模型。模拟的凝胶响应实际上是由对应于分数Kelvin-Voigt模型的机械模型很好地描述的，该分数Kelvin-Voigt模型具有单个Scott-Blair（或弹簧）元件和并联的弹簧。通过改变粘性阻尼和颗粒质量在很宽的范围内的值的微观模拟中使用的，我们证明了一个单一的主曲线的存在，完全预测的本构模型的凝胶的粘弹性响应的频率依赖性。通过开发一个快速和强大的协议，用于评估这些软固体的线性粘弹性光谱，我们打开了新的多尺度洞察这种复杂材料的流变响应的路径。
2018-05-21 cond-mat.soft
Time-resolved microstructural changes in large amplitude oscillatory shear of model single and double component soft gels
当施加足够的变形时，软颗粒凝胶可以可逆地屈服，并且这种转变的特征可以通过设计混合水凝胶复合材料来增强或限制。虽然这些系统的微观动力学和宏观流变学已经分别详细研究，但两者之间的直接联系的发展一直很困难，特别是关于非线性流变学。为了弥补这一差距，我们进行了一系列的大振幅振荡剪切（LAOS）的数值测量模型软颗粒凝胶在不同的体积分数，使用粗粒度的分子动力学模拟。我们首先研究具有局部弯曲刚度的颗粒网络，然后将其与可以提供额外交联的第二组分结合以获得双组分网络。通过物理过程序列（SPP）框架，我们定义了时间分辨的动态模量，并通过跟踪这些模量的变化，我们可以区分作为时间的函数的材料行为的转变。这种方法有助于我们建立微观起源的非线性流变学连接的动态模量的变化，相应的微观结构的变化，包括非仿射位移的颗粒，断裂，形成和定向的债券的变形。
2022-11-07 cond-mat.soft
Dynamics of equilibrium linked colloidal gels
吸引性地结合到仅几个邻居的胶体（例如，斑片状颗粒）可以形成具有独特的动态性质的平衡凝胶，该动态性质随时间稳定。在这里，我们使用一个粗粒度的模型来探索动态的平均价是宏观上，而不是微观上，约束的片状胶体的连接网络。该模型的模拟结果显示了平衡凝胶形成的动态标志，并建立了胶体-胶体键的持续时间控制自中间散射函数的特征缓慢弛豫。该模型的特点没有相分离的连接剂浓度的函数，在化学计量比的连接剂末端纳米粒子表面结合位点为中心的再入网络形成。从化学计量学的结果，在连接器饥饿或网站饥饿的网络与降低连接性和较短的特征弛豫时间与较低的活化能。在重入趋势的基础上，动力学性质随着每个胶体的有效网络键的数量单调变化，这个数量可以使用Wertheim的热力学微扰理论来预测。这些行为表明宏观原位策略调整胶体网络的动态响应。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strain-dependent localization, microscopic deformations, and macroscopic normal tensions in model polymer networks
我们使用分子动力学模拟来研究模型聚合物网络对单轴拉伸的微观和宏观响应。通过研究链长从$N_s=20$到200的网络，我们涵盖了从交联到纠缠主导行为的全部交叉。我们的研究结果支持了最近版本的管模型，该模型解释了由于化学交联和缠结而导致的链局部化的不同应变依赖性。
2004-10-12 cond-mat.soft
Microscopic Viscoelasticity: Shear Moduli of Soft Materials Determined from Thermal Fluctuations
我们描述了一种高分辨率，高带宽的技术，用于确定软材料，如聚合物凝胶的局部粘弹性。损耗和存储剪切模量的嵌入式微米级的探针粒子，用干涉显微镜观察到的热波动的功率谱确定。这提供了一个被动的，小振幅的测量流变特性在一个更广泛的频率范围比以前访问的微观流变学。我们研究F-肌动蛋白生物聚合物溶液和聚丙烯酰胺（PAAm）凝胶，模型半柔性和灵活的系统，分别。我们观察到F-肌动蛋白溶液中剪切模量的高频ω ^（3/4）标度，与PAAm的ω ^（1/2）标度相反。
1997-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rigid m-percolation in limited-valence gels
本研究通过将凝胶刚性的出现与 m=3 的 m-渗流转变关联，利用平均场理论与数值模拟构建了单组分及二元混合斑块粒子系统的相图和刚性图，揭示了连通性与刚性渗流阈值的差异随配位减小，并发现二元混合物存在最小平均配位阈值。
2025-04-03 cond-mat.soft
Microscopic and macroscopic theories for the dynamics of polar liquid crystals
在经典动力学密度泛函理论（DDFT）框架下，推导并分析了二维极性液晶的动力学方程。平移密度变化，极化，和四极顺序被用作序参数字段。与用含时Ginzburg-Landau（GL）方程的宏观方法得到的结果进行了严格的比较。我们证明，无论是微观DDFT和宏观GL的方法所产生的耗散动力学可以从一个耗散函数。我们得到的所有对角线的贡献和许多交叉耦合项出现的GL方法的微观表达式。从而为极性液晶耗散动力学的分子关联和宏观模拟之间建立了一座桥梁。
2011-07-17 cond-mat.soft
Density functional approach to elastic properties of three-dimensional dipole-spring models for magnetic gels
本研究将密度泛函方法从二维拓展至三维磁性凝胶体系，建立介观颗粒结构与宏观连续介质参数的关联，纳入长程偶极作用等因素，揭示磁致伸缩及宏观弹性与介观性质的关系。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polar liquid crystals in two spatial dimensions: the bridge from microscopic to macroscopic modeling
二维极性液晶是近年来在各向异性分子单层膜中发现的。在这里，我们提供了一个系统的理论描述极性粒子在两个空间维度的液晶相。从微观密度泛函理论出发，导出了自由能量密度的相场晶体表达式，它包含了三个局部序参量场，即平动密度场、极化场和极化序参量场.得到了符合宏观考虑的序参量场之间的各种耦合项。由于将耦合常数与分子相关性联系起来，我们建立了从微观到宏观建模的桥梁。我们的理论提供了一个起点，极性液晶相的稳定性的进一步数值计算，也是相关的建模microswimmer这是内在的极性。
2011-03-10 cond-mat.soft
Fluctuations of particle motion in granular avalanches - from the microscopic to the macroscopic scales
在这项研究中，我们研究了粒子运动的波动，即非仿射运动，在雪崩过程中，发现了丰富的动力学从微观到宏观尺度。我们发现，有很强的相关性之间的速度波动的大小和速度的大小在空间和时间域。这一发现和STZ之间的可能联系进行了讨论的基础上直接测量的T1事件。此外，系统的速度大小和系统的应力波动是强时间相关的。我们的发现将对基于微观方法描述雪崩动力学的更严格理论的发展提出挑战。此外，我们的发现提出了一个合理的机制，在一个简单的系统中的粒子夹带。
2015-02-03 cond-mat.soft
Chirality in Liquid Crystals: from Microscopic Origins to Macroscopic Structure
分子手性导致了各种各样的平衡结构，从简单的结晶相到扭曲的晶界相，它是像铁电液晶这样有趣的和技术上重要的材料的原因。本文综述了近年来我们对单个分子的手性几何与决定宏观手性结构的重要唯象参数之间关系的理解的一些进展。然后，它将考虑在柱状系统的手征结构，并提出了一个新的平衡相组成的一个规则的晶格扭曲的绳索。
1997-10-31 cond-mat.soft
Microscopic and macroscopic compaction of cohesive powders
提出了一种研究粘性粉末压制行为的新方法。作为样品，使用通过微米尺寸的球形颗粒的随机弹道沉积（RBD）形成的高度多孔的附聚物。纳米操纵器在扫描电子显微镜观察下使这种小结构变形，从而可以跟踪单个粒子的运动。施加定义的力并测量产生的变形。由此获得的结果进行比较，从三维离散元模拟以及宏观压实实验的结果。相关的模拟参数由胶体探针测量确定。
2005-02-04 cond-mat.soft
Measurement of Dynamic Light Scattering Intensity in Gels
在科学文献中，很少有人注意到使用动态光散射（DLS）作为提取凝胶散射光的绝对强度中包含的热力学信息的工具。在这篇文章中，我们表明，DLS产生可靠的测量光散射的热力学波动的强度，不仅在聚合物水溶液中，而且在水凝胶。在水凝胶中，由渗透波动散射的光被来自静态或缓慢变化的不均匀性的光外差。这两个组成部分是可分离的，由于其不同的时间尺度，给出了良好的实验协议与宏观测量的渗透压。然而，凝胶中的DLS测量是从网络中去偏振光散射以及多重光散射的支流。本文探讨了这些影响，以及所需的仪器校正，以确定渗透模量。对于被困在水凝胶中的客体聚合物，外推到零浓度的测量强度与通过溶液中相同聚合物的静态光散射发现的强度相同。凝胶环境改变了第二维里系数和第三维里系数，提供了一种评价聚合物和凝胶之间相互作用的方法。
2015-03-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Macroscopic emulation of microscopic magnetic particle systems
本文提出用三维打印超球壳内置磁铁的宏观实验，模拟旋转磁场中赤铁矿立方体的微观动力学，并通过 ArUco 追踪验证其与理论预测定性一致。
2023-12-18 cond-mat.soft
Direct Imaging of Contacts and Forces in Colloidal Gels
胶体分散体被认为是理解材料基本性质的模型系统，并且是从化妆品到食品到农用化学品的广泛行业的核心。使用胶体来解决凝聚态问题的关键发展之一是在3D中解析粒子坐标，从而实现通常只有在计算机模拟中才能进行的分析水平。然而，在无定形材料中，将机械性能与微观结构相关联仍然是有问题的。这使得它很难理解，例如，机械故障。在这里，我们通过研究粒子之间的接触和力以及它们的位置来解决这一挑战。为此，我们使用胶体模型系统（乳液），其中粒子间力和局部应力可以与微观结构相关联。我们证明了我们的方法的潜力，揭示洞察软非晶态固体的故障机制，通过确定局部应力的胶体凝胶。特别是，我们确定“力链”的承重液滴，和局部应力各向异性，并调查他们的连接与局部刚性包装的液滴。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interpenetration of fractal clusters drives elasticity in colloidal gels formed upon flow cessation
胶体凝胶是由具有吸引力的布朗粒子组成的非平衡软固体，这些粒子在低体积分数下形成跨越空间的网络。这些系统的弹性性质是由网络微观结构引起的，它对剪切历史非常敏感。在这里，我们利用这种敏感性来调整由炭黑纳米颗粒制成的胶体凝胶的粘弹性。从施加的剪切速率$\dot γ_0$下的流化状态开始，我们使用突然的流动停止来触发液体到固体的转变。我们观察到，当剪切速率$\dot γ_0$较低时，所得凝胶更有弹性，并且粘弹性谱可以绘制在主曲线上。此外，耦合流变小角X-射线散射，使我们能够表明，凝胶的微观结构是不同的凝胶仅通过热搅拌，其中只有两个长度尺度观察到：胶体的尺寸和分形聚集体的尺寸。剪切和热能之间的竞争导致具有三个特征长度尺度的凝胶。这样的凝胶结构在一个分形簇相互渗透的扩展网络中。用不同的剪切历史制备的凝胶实验表明，簇互穿增加与流动停止前施加的剪切速率$\dot γ_0$的值减小。这些观察结果强烈表明，簇互穿驱动的凝胶弹性，我们确认使用的结构模型。我们的研究结果，这是在与以前的文献中，凝胶弹性要么连接到集群连接或弯曲模式形成鲜明对比，突出了一个新的局部参数控制胶体凝胶的宏观粘弹性。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
One-dimensional cluster growth and branching gels in colloidal systems with short-range depletion attraction and screened electrostatic repulsion
我们报告了一个简单的模型，带电胶体颗粒悬浮液与小的非吸附性聚合物广泛的数值模拟。所选择的有效的单组分相互作用势是由一个短程吸引的Yukawa排斥尾补充部分。我们专注于屏蔽长度与颗粒半径相当的情况。在这些条件下，在低温下，颗粒局部聚集成准一维聚集体，其通过支化机制形成宏观膨胀凝胶结构。我们讨论了凝胶的形成，并将其与较长的屏蔽长度的情况下，以前的研究表明，逮捕是由一个汤川玻璃的球形集群的方法驱动。我们比较了我们的结果与最近的实验工作带电胶体悬浮液[A。I. Campbell { \it等} cond-mat/0412108，物理修订版Lett.出版中]。
2005-06-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Molecular motors robustly drive active gels to a critically connected state
生命系统通常表现出内部驱动：活跃的分子过程驱动非平衡现象，如新陈代谢或迁移。活性凝胶构成了一类迷人的内部驱动物质，其中分子马达在聚合物网络内部施加局部应力。有证据表明，需要网络交联以允许马达诱导宏观收缩。然而，对网络连接如何使收缩缺乏定量的理解。在这里，我们实验表明，肌球蛋白马达合同交联肌动蛋白聚合物网络簇无标度的尺寸分布。这种临界行为发生在出乎意料的宽范围的交联浓度。为了理解这种鲁棒性，我们开发了一个考虑到网络重构的收缩网络的定量模型：电机通过迫使交联解除绑定来减少连接。奇怪的是，为了协调整体收缩，运动活动应该是低的。否则，马达会将最初连接良好的网络驱动到临界状态，在这种状态下，整个网络都会出现断裂。
2013-02-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
The hidden hierarchical nature of soft particulate gels
软颗粒凝胶包括我们可以吃，挤压或3D打印的材料。从食品到生物墨水再到水泥水合物，这些凝胶由嵌入连续流体相中的少量颗粒物质（蛋白质、聚合物、胶体颗粒或各种来源的团聚物）组成。固体组分组装形成多孔基质，提供刚性和机械响应的控制，尽管是少数组分。流变学响应和凝胶弹性是颗粒体积分数$ϕ$的直接函数：然而，迄今为止，实验报告的不同功能依赖性的不同范围对识别一般标度律的努力提出了挑战。在这里，我们揭示了一个隐藏的层次组织的分形元素，控制粘弹性光谱，这是与固体基质拓扑结构的空间异质性。的分形元素形成的粘弹性主曲线，我们使用大规模的3D微观模拟模型凝胶构建的基础，并可以描述的递归流变梯形模型在一定范围内的颗粒体积分数和凝胶化速率。分形元素的层次结构提供了预测这些无处不在的复杂材料的凝胶弹性和粘弹性响应所需的缺失的一般框架。
2022-11-07 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Macroscopic glassy relaxations and microscopic motions in a Frustrated Lattice Gas
研究了与自旋玻璃严格相关的阻挫格子气的微观和宏观动力学性质，发现它违反了Stokes-Einstein定律。分析了玻璃形成体系的玻璃化行为，并与实验结果进行了关联。
1997-06-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic origin of macroscopic contractility in actin-myosin active gel models
Institute of Bioengineering, School of Life Sciences, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院（EPFL）生命科学学院生物工程研究所）；SIB Swiss Institute of Bioinformatics（瑞士生物信息学研究所）；Department of Genetics and Evolution, University of Geneva（日内瓦大学生物遗传与进化系）；Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Université de Paris Cité（巴黎 Cité 大学物质与复杂系统实验室）；Institut Curie, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS UMR168, Physique des Cellules et Cancer（居里研究所，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心 UMR168，细胞物理与癌症实验室）；Université Paris Cité, CNRS, Institut Jacques Monod（巴黎 Cité 大学，法国国家科学研究中心，雅克·莫诺研究所）
研究通过数值模拟揭示主动胶模型如何描述细胞收缩力，发现应力与肌动蛋白密度线性相关，并能预测马达特性对收缩应力的影响。
2026-01-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluorination Increases Hydrophobicity at the Macroscopic Level but not at the Microscopic Level
过去已经基于疏水性聚合物（例如聚苯乙烯（PS））详细研究了疏水性相互作用。由于氟化材料具有相对低的表面能，因此它们通常在宏观水平上显示出疏油性和疏水性。然而，它仍然是未知的如何疏水聚合物的疏水性影响在微观水平上。本论文采用可逆加成-断裂链转移聚合法合成了聚苯乙烯和氟取代聚苯乙烯（FPS）。接触角测量证实，由于氟的引入，FPS在宏观水平上比PS更疏水。然而，单分子力谱实验表明，在水中展开PS和FPS纳米颗粒所需的力是不可区分的，这表明驱动PS和FPS纳米颗粒自组装的疏水效应的强度在微观水平上是相同的。疏水效应在宏观和微观水平上的差异可能暗示了不同的潜在机制：微观水平上的疏水性由溶剂水合作用和宏观水平上的表面缔合相互作用主导。
2022-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Feedback between microscopic activity and macroscopic dynamics drives excitability and oscillations in mechanochemical matter
本文从微观动力学推导出机械化学系统的粗粒化方程，将细胞建模为自适应改变界面张力的信号处理液滴，揭示了多稳态、对称性破缺、兴奋性和自持形状振荡等行为，为软活性材料的形状响应与集体自组织提供了新范式。
2024-11-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear macroscopic transport equations in many-body systems from microscopic exclusion processes
在非理想环境中描述颗粒在宏观或介观水平上的输运在从生物学中的细胞间和细胞内输运到多孔介质中的扩散的领域中构成了基本的理论挑战。然而，通常来自多体相互作用或反映复杂和限制环境的约束的性质在微观水平上得到更好的理解和建模。在本文中，我们研究微观排斥过程和平均场方程之间的微妙联系，由此产生的连续极限。本文导出了一个适用于描述外场作用下非均匀介质中输运的广义非线性对流扩散方程。此外，从最近引入的排斥过程涉及的代理与非零尺寸的灵感，我们介绍了一个修改后的扩散方程，适合于描述传输在非理想流体的$d$维硬球。我们考虑应用我们的方程的扩散问题的吸收球在一个非理想的自拥挤的流体和重力沉降的问题。我们表明，我们的形式主义允许一个恢复已知的结果。此外，我们引入了点样和扩展拥挤的概念，指定不同的路线，从微观排斥过程获得宏观输运方程。
2013-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic biophysical model of self-organization in tissue due to feedback between cell- and macroscopic-scale forces
我们开发了一个微观生物物理模型的自组织和重塑的人工组织，这是共同驱动的细胞和细胞外基质（ECM）之间的微观主动力，和宏观力量，在组织内发展，发现与实验密切一致。微观主动力由细胞和它们存在于其中的ECM之间的$μ$ m尺度相互作用刺激，并且当大量细胞一起作用时，这些力驱动宏观尺度自组织和反馈回路中的组织重塑，并且受到宏观尺度自组织和反馈回路中的组织重塑的影响。为了理解这个循环，需要：（1）构建微观生物物理模型，可以模拟组织中发现的大量细胞的这些过程;（2）根据实验数据验证和校准这些模型;（3）理解细胞和细胞外基质之间的主动反馈，以及它与宏观自组织和组织重塑的关系。我们的微观生物物理模型由代表ECM的收缩网络组成，其通过偶极力与大量细胞相互作用，以描述组织的宏观自组织和重塑。我们使用模拟退火来解决模型，发现与人工神经组织的实验密切一致。我们讨论了模型参数的标定。我们的结论是微观细胞-ECM偶极相互作用和组织尺度力之间的反馈，是驱动宏观自组织和重塑组织的关键因素。讨论了生物物理模型在人工组织模拟和合理设计中的应用。
2020-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Capillary micromechanics: Measuring the elasticity of microscopic soft objects
我们提出了一个简单的方法来访问微观可变形颗粒的弹性性能。这种方法是基于测量软颗粒的压力引起的变形，因为它们被迫通过锥形玻璃微毛细管。它使我们能够在一个单一的实验中确定的压缩和剪切模量的变形对象。聚丙烯酰胺微凝胶颗粒的模型系统上的测量表现出良好的一致性，与相同组成的散装凝胶的测量。我们的方法适用于广泛的机械性能，因此应该是一个有价值的工具，用于表征各种软和生物材料。
2012-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Heterogeneous diffusion in a reversible gel
我们引入了一个微观上真实的物理凝胶模型，并使用计算机模拟来研究它在热平衡时的静态和动态性质。该相图包括溶胶相、终止于临界点的共存区、由几何逾渗确定的凝胶化线和与相分离无关的平衡凝胶相。凝胶的整体结构是均匀的，但应力由分形网络支撑。凝胶动力学是高度不均匀的，我们提出了一个理论模型来定量描述动态不均匀性的凝胶。我们阐明了凝胶和玻璃形成者的动力学之间的几个差异。
2007-03-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Characterizing emergent multiscale dynamics in colloidal nanoparticle gels
University of Michigan（密歇根大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Washington（华盛顿大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）
本文综述了利用X射线光子相关光谱（XPCS）及互补技术表征纳米颗粒凝胶中多尺度动力学的方法，旨在建立纳米尺度相互作用与宏观网络性质之间的理论桥梁。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
