Linear and Nonlinear Viscoelasticity of Concentrated Thermoresponsive Microgel Suspensions
这是一个综合的实验和理论研究的动力学和流变性的自交联，轻微充电，温度响应性软聚（N-异丙基丙烯酰胺）（pNIPAM）微凝胶在很宽的浓度和温度范围内跨越急剧变化的粒度和分子间相互作用在较低的临界溶解温度（LCST）。粘弹性的显着，非单调的变化与温度，与独特的浓度依赖性在稠密的流体，玻璃，和软堵塞的状态。出于我们的实验观察，我们制定了一个极简模型的尺寸依赖性的一个单一的微凝胶颗粒和粒子间的相互作用的变化，从纯粹的排斥吸引加热时。使用微观平衡和随时间变化的统计力学理论，理论预测与实验测量的剪切模量进行定量比较。良好的协议被发现的非单调的温度行为，起源作为减少微凝胶包装分数和增加interparticle吸引力之间的竞争的结果。可测试的预测，如屈服应力和应变的非线性流变性能。据我们所知，这是第一次尝试以统一的方式定量了解跨越广泛的温度和浓度范围的致密的温度响应性微凝胶悬浮液的粘弹性。
2021-03-03 cond-mat.soft
Contact Forces in Microgel Suspensions
Faculty of Mathematics and Physics, University of Ljubljana（卢布尔雅那大学数学物理学院）；Institut za fiziku（物理研究所）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫史特凡研究所）
本研究通过液滴模型理论计算微凝胶粒子接触变形能，发现大表面张力下能量呈指数约2的幂律可加性，为理解微凝胶力学提供基础。
2026-09-15 cond-mat.soft
Linear and Nonlinear Rheology and Structural Relaxation in Dense Glassy and Jammed Soft Repulsive Microgel Suspensions
我们提出了一个综合的实验和定量的理论研究的自交联，中性，排斥pNIPAM微凝胶悬浮液的浓度（c）范围跨越流体，玻璃和假定的“软堵塞”制度的力学。在玻璃状态下，我们测量了超过30年的线性弹性动态剪切模量，其遵循明显的幂律浓度依赖性G '~ $c^{5.64}$，然后在高浓度下急剧交叉到接近线性增长。我们制定了一个理论的方法来解决所有三个政权在一个单一的概念布朗动力学框架。一个最低限度的单颗粒描述的构建，允许微凝胶大小随浓度变化，由于空间去溶胀效应。使用赫兹排斥粒子间的潜力和一套统计力学理论，定量预测在静态条件下的微凝胶集体结构，动态本地化长度，弹性模量，和结构弛豫时间。基于一个恒定的颗粒间排斥强度参数，这是由需要的理论，以重现整个浓度范围内的线性弹性剪切模量确定的，我们证明了良好的理论和实验之间的一致性。理论预测了静态结构弛豫时间在变形下的变化，以及屈服应力和应变随浓度的变化。与我们的观察得到合理的协议。据我们所知，这是第一次尝试定量了解结构，静态松弛和剪切弹性，和非线性屈服的致密微凝胶悬浮液使用微观力为基础的理论方法，包括激活跳跃过程。我们希望我们的方法将是有用的其他软聚合物颗粒悬浮液的核壳家庭。
2018-09-28 cond-mat.soft
Elasticity of compressed microgel suspensions
我们描述的弹性压缩微凝胶悬浮液从核壳模型的单颗粒。通过平均场Flory理论，并通过亚历山大-德Gennes模型的聚合物刷，分别描述的内芯和外电晕的机械性能。该模型成功地再现了实验测量的弹性剪切模量的一个常数的因素，我们合理的干扰的角度来看。
2013-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hierarchical Dynamics and Time-Length Scale Superposition in Glassy Suspensions of Ultra-Low Crosslinked Microgels
Univ Montpellier（蒙彼利埃大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut Charles Sadron UPR22, Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学查尔斯·萨德兰研究所）；Lund University（隆德大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Institute of Physical Chemistry, RWTH Aachen University（亚琛工业大学物理化学研究所）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
研究揭示了超低交联微凝胶在玻璃态区域的动力学行为，发现其弛豫时间可通过时间-长度尺度叠加原理解释，且结果适用于不同微凝胶系统。
2025-12-31 cond-mat.soft
Effect of particle stiffness and surface properties on the nonlinear viscoelasticity of dense microgel suspensions
本研究通过调控微凝胶交联剂含量和PEG共聚改性，结合大振幅振荡剪切实验与原子力显微镜，揭示了颗粒柔软度和表面性质对致密微凝胶悬浮液非线性粘弹性的差异化影响，为定制力学性能的材料设计提供了合成依据。
2024-03-05 cond-mat.soft
Bulk and interfacial stresses in suspensions of soft and hard colloids
我们探讨了颗粒的柔软度和内部结构对胶体悬浮体的本体和界面流变学性质的影响。我们探测体应力通过常规的流变学，通过测量流动曲线，剪切应力与应变率，软，可变形的微凝胶颗粒和近硬球状二氧化硅颗粒的悬浮液的悬浮液。类似的行为被认为是这两种颗粒在悬浮液中的浓度高达随机紧密堆积的体积分数，在最近的理论预测亚微米胶体。瞬态界面应力的测量通过分析由悬浮液和它们自己的溶剂之间的界面形成的图案，由于广义的Saffman-Taylor流体动力学不稳定性。在奇怪的散装行为，我们发现，微凝胶和硬颗粒悬浮液表现出截然不同的界面应力特性。我们认为，这种令人惊讶的行为主要是由于颗粒内部结构的差异（微凝胶的聚合物网络与二氧化硅颗粒的致密固体），而不仅仅是柔软性。
2014-11-09 cond-mat.soft
Relationship between Rheology and Structure of Interpenetrating, Deforming and Compressing Microgels
温敏微凝胶是一种将聚合物和胶体粒子的性质以独特的方式结合在一起的杂化体系。由于它们的复杂形态，它们的相互作用和堆积，以及因此由微凝胶制成的悬浮液的粘弹性仍然没有完全理解，特别是在致密堆积条件下。在这里，我们研究了依赖于频率的线性粘弹性的致密微凝胶悬浮液结合分析的局部颗粒结构和形态的基础上超分辨率显微镜。通过确定控制弹性和耗散响应的主导机制，我们提出了一个统一的框架，可以解释这些广泛研究的软颗粒组装体的流变性，从弹性开始深入到过度填充的制度。我们的研究结果澄清了模糊壳相互作用为主的政权和密集交联的核心控制之间的过渡和耦合。
2018-11-05 cond-mat.soft
Stiffness-dependent Dielectric Relaxation in Thermoreversible Microgels: Effects of Temperature and Strain
Raman Research Institute（拉曼研究所）
本研究通过介电谱与流变测量，揭示PNIPAM微凝胶刚度调控微观与宏观弛豫动力学，为设计自适应软材料提供框架。
2026-09-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Investigating the roles of hydrophobicity and electrostatics in the particle-scale dynamics and rheology of dense microgel suspensions
Raman Research Institute（拉曼研究所）
本文通过实验证明，在VPTT以下加入解离或非解离添加剂可使PNIPAM微凝胶颗粒疏水性显著增强，且在VPTT以上通过静电与疏水协同作用调控悬浮液刚性，为合成新型超材料提供新途径。
2025-11-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Concentration-Dependent Swelling and Structure of Ionic Microgels: Simulation and Theory of a Coarse-Grained Model
我们研究了离子微凝胶悬浮液的溶胀和结构特性，在一个全面的粗粒度模型，结合了微凝胶的聚合物和胶体性质的渗透性，可压缩性，有效的粒子间相互作用所管辖的带电球体。该模型综合了交联聚合物凝胶的Flory-Reynner理论、有效弹性相互作用的Hertz连续体理论和密度相关的有效静电相互作用理论。实施该模型使用蒙特卡罗模拟和热力学微扰理论，我们计算平衡粒径分布，溶胀比，体积分数，净价，径向分布函数，静态结构因子作为浓度的函数。根据弹性和静电能量的总变化，接受或拒绝包括颗粒位移和尺寸变化的试验Monte Carlo移动。该理论结合了一阶热力学微扰和变分自由能近似。对于说明性的系统参数，理论和模拟在从稀到超出颗粒重叠的浓度范围内密切一致。随着浓度的增加，作为微凝胶deswell，我们预测的净价和不寻常的饱和对相关性的下降。去离子的PNIPAM颗粒的水悬浮液与实验数据的比较表明，粗粒度模型预测和解释测量的溶胀行为的能力。
2018-05-21 cond-mat.soft
Core-Shell Microgel-Based Surface Coatings with Linear Thermoresponse
研究了核壳微凝胶吸附在硅片上的溶胀和收缩行为。在这些体系中，核由交联聚（N-异丙基甲基丙烯酰胺）制成，壳由交联聚（N-正丙基丙烯酰胺）组成。在悬浮液中，这些颗粒在两种聚合物的较低临界溶解温度之间的温度区间内表现出延长的线性溶胀行为。使用椭圆偏振法和原子力显微镜，我们表明，这种线性响应也观察到吸附状态。
2018-11-21 cond-mat.soft
A new look at effective interactions between microgel particles
温敏微凝胶作为胶体模型系统得到了广泛的应用，因为它们的温度依赖性尺寸允许“原位”容易地调节它们的体积分数。然而，在整个相图中统一它们行为的相互作用势是非常缺乏的。在这里，我们调查微凝胶悬浮液中的流体制度在不同的体积分数和温度，并在另一个人口的小微凝胶的存在下，结合共聚焦显微镜实验和数值模拟。我们发现，微凝胶之间的有效相互作用是明显的温度依赖性。此外，与硬胶体混合物相比，微凝胶混合物具有增强的稳定性-这是一种无法通过简单的赫兹模型预测的性质。基于数值计算，我们提出了一个多赫兹模型，再现了所有研究条件下的实验行为。我们的研究结果强调，微凝胶之间的有效相互作用比通常假设的要复杂得多，显示出对温度和颗粒内部核冠结构的关键依赖性。
2019-02-11 cond-mat.soft
Swelling, Structure, and Phase Stability of Compressible Microgels
微凝胶是软的胶体颗粒，当分散在溶剂中时，其响应于环境条件（例如温度、浓度和$p$ H）的变化而溶胀和去溶胀。使用蒙特卡罗模拟，我们模拟散装悬浮液的微凝胶相互作用，通过赫兹的弹性粒子间的力量，并可以扩大或收缩，通过试验移动，让颗粒改变尺寸根据Flory-Reynner交联聚合物凝胶的自由能。我们监测颗粒的可压缩性，尺寸波动，和浓度对散装结构和热性能的影响，通过计算颗粒的溶胀比，径向分布函数，静态结构因子，渗透压，和冻结密度。对于在纳米级尺寸范围内的微凝胶，颗粒的可压缩性和相关的尺寸波动抑制结晶，将冻结过渡转移到比硬球流体更高的密度。随着密度的增加超过紧密堆积，微凝胶逐渐去溶胀，而它们的固有尺寸分布越来越多分散。
2016-10-17 cond-mat.soft
Thermal History Asymmetry and Dissipation in Dense Colloidal Microgel Glasses
Raman Research Institute（拉曼研究所）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究通过施加不同温度斜坡，利用振荡流变学探究了致密PNIPAM微凝胶悬浮液的路径依赖性结构恢复，揭示了微凝胶重排引起的能量耗散在消除热冲击下储能模量不对称性中的关键作用。
2025-11-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Suspensions of small ultra-soft colloids remain liquids in overcrowded conditions
本研究通过散射与流变学实验发现，超软胶体悬浮液因高可压缩性，在过度拥挤条件下仍无动态停滞且粘度不发散，保持液态。
2025-08-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dynamical behavior of microgels of Interpenetrated Polymer Networks
用动态光散射法研究了PNIPAM和PAAc互穿聚合物网络（IPN）在D $_2$ O中的微凝胶悬浮液的体积相变（VPT）随温度、pH和浓度的变化。由于聚合物/聚合物和聚合物/溶剂相互作用之间的不同平衡，H/D同位素取代下系统的动力学减慢，表明氢键起着至关重要的作用。相对于PNIPAM和水降低的溶胀行为已经由Flory-Reinner理论描述，对PNIPAM微凝胶进行了测试，并成功地扩展到更高阶的IPN微凝胶。此外，在中性pH值下的弛豫时间的浓度依赖性突出了两种不同的途径来接近玻璃化转变：分别低于和高于VPT的Arrhenius和超级Arrhenius（Vogel Fulcher Tammann），并推导出脆性图。脆性可以通过改变温度来调节：在VPT中，颗粒经历从软-强到硬-脆的转变。
2019-02-08 cond-mat.soft
Charge affinity and solvent effects in numerical simulations of ionic microgels
离子微凝胶粒子是一种有趣的体系，其中带电基团的存在丰富了热响应性聚合物胶体的性质。为了合理化其性能和预测的行为的微凝胶悬浮液，有必要开发一个粗粒化的策略，从单个颗粒的精确建模开始。在这里，我们提供了一个最近推出的带电共聚微凝胶模型的数值进步，通过改善聚合物网络中的离子基团的处理。我们研究了颗粒的温敏特性，特别是它们的溶胀行为和结构，发现当带电基团在所有温度下都被认为是亲水性的时，高度带电的微凝胶不会达到完全塌陷的状态，与实验相比是有利的。此外，我们明确地包括在描述中的溶剂，并提出了在不存在溶剂和单体-溶剂相互作用在其存在下，这是发现工作非常准确的任何电荷分数的微凝胶的疏溶剂电位之间的映射。我们的工作铺平了道路，比较单粒子的性能和离子微凝胶的溶胀行为的实验，并解决这些带电的软粒子在液-液界面的研究。
2021-01-27 cond-mat.soft
Counterion-Induced Swelling of Ionic Microgels
当离子微凝胶颗粒分散在溶剂中时，其溶胀至平衡尺寸，该平衡尺寸由静电力和弹性力之间的平衡控制。通过改变外部刺激（例如$p$ H、盐浓度和温度）来调节粒度与药物递送、微流体和过滤相关。为了模拟离子微凝胶的溶胀，我们推导出一个统计力学定理，该定理在细胞模型中被证明是精确的，用于可渗透胶体大离子内对渗透压的静电贡献。应用该定理，我们演示了如何在离子微凝胶内的抗衡离子的分布决定的内部渗透压。通过结合的静电压力，我们计算通过泊松-玻尔兹曼理论和分子动力学模拟，与弹性压力，通过Flory-Reynner理论建模的溶胀的聚合物网络，我们展示了如何去溶胀的离子微凝胶随着颗粒浓度的增加，可以导致从平衡离子的重新分配，减少静电压力。静电压力的线性近似，这证明非常准确，提供了物理的洞察力，大大简化了实际应用的数值计算。通过与实验结果的比较，解释了去离子悬浮液中软颗粒随浓度的增加而衰减的原因，以及在较高的离子强度下，这种效应被抑制的原因。均匀理想气体近似的失败，充分考虑到反离子诱导的消胀下面紧密堆积的微凝胶是由于忽略的空间变化的反离子密度分布和静电压力的不完全中和的大离子。
2016-10-04 cond-mat.soft
Self-induced buckling in hollow microgels
研究通过模拟发现空心微凝胶在高填充分数下因粒子拥挤自动生成屈曲变形，提出相图和实验观测方法，解释了微米/纳米尺度弹性壳层的变形机制并拓展至生物系统。
2026-01-16 cond-mat.soft
Unexpected Behavior of Ultra-Low-Crosslinked Microgels in Crowded Conditions
Sapienza University of Rome（罗马第一大学）；CNR Institute of Complex Systems, Uos Sapienza（复杂系统国家研究中心苏皮恩扎小组）；Department of Physics, Sapienza University of Rome（罗马第一大学物理系）
研究通过分子动力学模拟揭示了超低交联微胶在高密度下的独特行为，包括无棱角化、微胶间穿透主导及结构重构特征的消失，为理解软胶行为提供了新视角。
2026-04-28 cond-mat.soft
Dynamics of suspensions of hydrodynamically structured particles: Analytic theory and experiment
我们提出了一个易于使用的分析工具箱，用于计算具有内部流体动力学结构的球形胶体颗粒的浓悬浮液的短时间输运性质，以及由硬核或软赫兹对势描述的直接相互作用。所考虑的动态特性包括自扩散和沉降系数，在动态散射实验中确定的波数依赖的扩散函数，和高频剪切粘度。该工具箱是基于流体动力学半径模型（HRM），其中内部颗粒结构被映射到流体动力学半径参数不变的直接相互作用，并在现有的模拟数据库的溶剂渗透性和球形环状颗粒。有用的尺度关系的扩散函数和自扩散系数，已知是有效的硬核相互作用，也适用于软对电位。我们进一步讨论了工具箱的扩展，包括低剪切零频率粘度和长时间的自扩散系数的长时间传输特性。工具箱的多功能性通过对非离子PNiPAM微凝胶的悬浮液的先前光散射研究的分析来证明[Eckert等人，J. Chem. Phys.，2008，129，124902]，其中动态数据的详细理论分析被作为开放任务留下。通过与基于Hertz势的计算的比较，我们表明，使用Verlet-Weis校正的Percus-Yevick结构因子作为输入，并且对于等于排除体积半径的3%的溶剂渗透长度，实验数据是一致的和准确的。微凝胶颗粒的这种小的溶剂渗透性在较大浓度下具有显著的动态效应。
2015-01-12 cond-mat.soft
Connecting elasticity and effective interactions of neutral microgels: the validity of the Hertzian model
在材料科学中一个重要的开放性问题是单颗粒弹性性质和宏观体行为之间是否存在直接联系。在这里，我们解决这个问题，专注于原型的软胶体：温敏微凝胶。这些胶体大小的聚合物网络通常被假设通过简单的赫兹势相互作用，这是线性弹性理论中的经典模型。通过开发一种适当的方法，可以推广到任何种类的软颗粒，我们能够计算所有的弹性模量的非离子微凝胶跨越其体积相变（VPT）。值得注意的是，我们重现了实验中看到的许多功能，包括最小的泊松比接近VPT的外观。通过计算粒子-粒子有效相互作用和由此产生的集体行为，我们发现赫兹模型的工作以及中等值的包装分数。
2019-05-31 cond-mat.soft
Numerical modelling of non-ionic microgels: an overview
微凝胶是复杂的大分子。这些胶体尺寸的聚合物网络具有内部自由度，并且取决于制成它们的聚合物，可以获得对环境（温度、pH、盐浓度等）变化的响应性。除了在许多实际应用中有价值外，微凝胶在解决基础物理问题方面也非常重要。因此，这些过去的几年里已经看到了快速发展的协议，用于合成微凝胶，和越来越多的研究已经致力于调查他们的整体性质。然而，从数值的角度来看，图片是更分散的，作为固有的多尺度性质的微凝胶，其批量行为至关重要地取决于微观细节，不能在一个单一的粗粒化水平处理。在这里，我们提出了一个概述的方法和模型，已经提出来描述非离子微凝胶在不同的长度尺度，从原子到单粒子水平。我们特别关注单体解析模型，因为这些模型具有正确的细节水平，可以捕获微凝胶最重要的特性，即响应性和柔软性。我们建议，这些微观的描述，如果足够现实的话，可以作为出发点，开发更粗粒度的表示需要调查散装悬浮液的行为。
2019-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermoresponsive stiffening with microgel particles in a semiflexible fibrin network
我们报告的温度响应性软复合材料的半柔性生物聚合物网络（纤维蛋白）含有分散的微凝胶胶体颗粒的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（pNIPAM），经历一个热驱动的去溶胀转变以上的低临界溶解温度（LCST）。与标准的聚合物-颗粒复合材料不同，减少颗粒的内含物体积（通过增加温度）伴随着复合材料的整体弹性刚度的显著增加。我们观察到这样的行为在一个广泛的组成空间。复合材料的弹性剪切模量在25-35°C的微小温度变化下可逆地硬化高达10倍。在隔离中，纤维蛋白网络和微凝胶悬浮液都随着温度的升高而软化，使得复合材料的硬化特别显著。我们假设硬化是由吸附在纤维蛋白丝上的微凝胶颗粒收缩并改变半柔性网络的结构引起的。我们开发了两个唯象模型，以物理上不同的方式量化这一假设，并且导出的预测与我们的实验数据定性一致
2019-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ultrafiltration modeling of non-ionic microgels
膜超滤（UF）是一种压力驱动的过程，允许分离和富集蛋白质溶液和纳米级微凝胶颗粒的分散体。在这个过程中的渗透通量和近膜浓度极化（CP）层是由平流扩散分散运输和相互作用的应用和渗透跨膜压的贡献。因此，UF性能强烈依赖于膜的性质、布朗粒子的流体动力学结构、它们的直接和流体动力学相互作用以及边界条件。我们提出了一个宏观描述的非离子型微凝胶的错流UF建模为溶剂可渗透的球体。我们的过滤模型涉及最近导出的可渗透颗粒分散体的浓度依赖性集体扩散系数和粘度的半解析表达式[Riest等人，软物质，2015，11，2821]。这些表达式已被很好地测试对计算机模拟和实验结果。我们分析了CP层的性质和渗透通量在不同的操作条件下，并讨论了各种过滤过程的效率和成本指标。我们的研究结果表明，适当的规格的浓度依赖性的传输系数是重要的可靠的过滤过程的预测。我们还表明，微凝胶的溶剂渗透性是UF建模的一个重要组成部分。颗粒渗透性降低了膜表面的颗粒浓度，从而增加了渗透通量。
2015-05-17 cond-mat.soft
Shear-Induced Collective Shape Oscillations in Dense Soft Suspensions
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心，牛津大学）；Centro de Física Teórica e Computacional, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（理论与计算物理中心，理学院，里斯本大学）；Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（物理系，理学院，里斯本大学）
研究通过多相场模型揭示了剪切诱导密集软悬浮液中颗粒集体形状振荡的机制，揭示了变形性、堆积和剪切对集体时间依赖行为的影响。
2026-02-09 cond-mat.soft
Hot Brownian Motion of thermoresponsive microgels in optical tweezers shows discontinuous volume phase transition and bistability
本研究通过光学镊子捕获单个装饰pNIPAM微凝胶，发现其热布朗运动在临界温度以上呈现不连续体积相变和双稳态，并可用于温度校准，为软颗粒热布朗运动的应用奠定基础。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Confinement-induced collective motion in suspensions of run-and-tumble particles
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；GISC – Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos（复杂系统跨学科小组）
本文研究了受限诱导的集体运动现象，通过微通道中不对称边界约束游动- tumble 粒子，发现其形成机制与粒子反向流及空位扩散有关。
2026-01-29 cond-mat.soft
Leveraging Collective Effects in Externally Driven Colloidal Suspensions: Experiments and Simulations
在这篇综述文章中，我们专注于外部驱动的胶体悬浮液中的集体运动，以及如何利用这些集体效应用于微流体应用。我们强调流体动力学相互作用的主导作用，在自组装，紧急行为，运输和混合性质的胶体悬浮液。一个特别强调的是最近的数值方法来模拟驱动胶体悬浮液在大尺度上。结合实验，他们帮助我们了解紧急动力学，并确定控制参数的个人和集体运动的胶体悬浮液。
2018-10-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamical heterogeneity in soft particle suspensions under shear
我们提出了实验测量的动力学不均匀性在一个致密的系统中的微凝胶球，剪切在不同的速率和在不同的包装分数在一个微流体通道，并可视化与高速数字视频显微镜。一个四点的动态磁化率推导出视频相关性，并发现表现出一个峰值，增长的高度和转移到更长的时间，从两个不同的方向接近的干扰过渡。特别地，发现颗粒尺寸均方根相对位移的时间按比例缩放为$τ^* \sim (\dot γΔϕ^4)^{-1}$，其中$\dotγ$是应变速率，$Δϕ=|ϕ-ϕ_c|$是与随机紧密堆积体积分数的距离。从磁化率峰高推导出动力学不均匀性中的典型粒子数，并发现其尺度为$n^* \sim (\dot γΔϕ^4)^{-0.3}$。指数不确定性小于10%。我们强调，在填充分数高于和低于$ϕ_c$时发现相同的幂律行为。因此，我们的研究结果大大扩展了以前的观察$n^* \sim \dotγ^{-0.3}$颗粒堆流在固定包装低于$ϕ_c$。此外，隐含的结果$n^*\sim (τ^*)^{0.3}$比较以及与预期的模式耦合理论和先前的观察驱动颗粒系统。
2011-03-11 cond-mat.soft
Divergence of the Long Wavelength Collective Diffusion Coefficient in Quasi-one and Quasi-two Dimensional Colloid Suspensions
本文报道了准一维和准二维胶体悬浮液中集体粒子位移的短时长波长行为的实验研究结果。我们的结果用流体动力学函数H（q）的行为来表示，它把有效集体扩散系数D_e（q）与静态结构因子S（q）和孤立粒子的自扩散系数D_0联系起来：H（q）=D_e（q）S（q）/D_0。我们发现，对于q1 D和q2 D胶体悬浮液，当q->0时，H（q）的形式与q^-γ成正比，1.7<γ <1.9，存在明显的发散。如果S（q）在q=>0时不发散，则我们推断D_e（q）发散。我们提供的证据表明，这种分歧产生的相互作用的边界条件上的流动的载液和多体流体动力学之间的相互作用的胶体颗粒，影响的长波长行为的颗粒集体扩散系数的悬浮液。我们推测，在q1 D和q2 D系统中，H（q）的发散可能与q相关的部分滑移边界条件有关，特别是有效滑移长度随着q的减小而增加。我们还利用Lin，Rice和Weitz（J.Chem.Phys.99，9585（1993））的工作数据，验证了Bleibel等人（arXiv：1305.3715）的预测，即当q->0时，胶体颗粒的单层D_e（q）发散为1/q。该预测的验证，这是基于一个分析，允许二维胶体运动嵌入在三维悬浮流体运动，支持的论点，即定义一个q2 D系统的边界条件发挥了非常重要的作用，在确定的长波长行为的集体扩散系数。
2013-08-29 cond-mat.soft
Multiple dynamic regimes in concentrated microgel systems
我们调查的动力学不均匀性在集体放松的浓缩微凝胶系统，其中的包装分数可以方便地通过改变温度而变化。填充分数依赖的机械性能的特征在于由流体-固体过渡，其中系统性能从粘性切换到弹性低频行为。从下面接近这种转变，我们发现动态中的空间相关性的范围增加。除了这个过渡，空间相关范围达到最大值，在整个可观察到的系统的大小约为5毫米。增加包装分数甚至进一步导致第二次过渡，其特征是发展的大区域的较低和较高的动态活动，以及彼此分离;相关范围在这一点上减少。空间相关长度对体积分数的这种显著的非单调依赖性使人想起最近在颗粒系统中的堵塞/刚性转变处观察到的行为（Lechenault等人，2008）。我们确定这第二个过渡到“压缩”状态的过渡，系统的组成部分开始施加直接的接触力在对方身上，这样的动态变得越来越确定不平衡的应力。这种转变的证据也被发现在频率依赖性的存储和损耗模量，这变得越来越多地耦合作为直接摩擦之间的颗粒开始有助于系统内的耗散损耗。据我们所知，我们的数据提供了第一个观察到的动力学异质性的质的变化，从纯粹的热驱动的动态切换到应力驱动。
2011-05-30 cond-mat.soft
Spatially heterogeneous dynamics in a thermosensitive soft suspension before and after the glass transition
通过观察示踪剂在悬浮液中的热涨落，研究了软温敏悬浮液的微观动力学和老化过程。低于和高于玻璃化转变，发现致密的微凝胶颗粒悬浮液发展为非均相动力学，其特征在于探针位移的非高斯概率分布函数（PDF），具有指数尾。我们发现，非高斯形状是一个特征的整体平均PDF，而本地PDF保持高斯。这表明，非高斯范霍夫函数背后的场景是一个空间异构的动态，其特征在于在所考虑的时间尺度上，通过样本的局部均匀动态环境的空间分布。我们表征这些统计分布的动力学环境，在液体，过冷，和玻璃状态，并表明它可以解释所观察到的指数尾的范霍夫函数中观察到的集中状态。空间不均匀性的强度被发现放大与体积分数的增加。在老化状态下，它往往会增加，因为玻璃得到更多的逮捕。
2011-02-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlled creation of point defects in 3D colloidal crystals
本研究通过热响应微凝胶在三维胶体晶体中的收缩与重新溶胀，实现了孤立点缺陷的原位可控生成，并利用共聚焦显微镜验证了缺陷形成及局部晶格畸变，为点缺陷的扩散与相互作用机制提供了新见解。
2024-03-01 cond-mat.soft
Collective behavior of strongly confined suspensions of squirmers
我们运行的数值模拟强烈限制暂停模型球形游泳者称为“蠕动”。由于约束，由粒子产生的Stokeslet偶极子很快被屏蔽，并且对于所有不同种类的蠕动体，远场流由源偶极子主导。然而，我们发现，集体行为的悬浮液仍然取决于游泳者的自我推进机制的极性状态只能观察到中性蠕动。我们证明了近场流体动力学相互作用在球形粒子取向矢量的排列中起着至关重要的作用。此外，我们指出，拟能和流体波动的主动悬架也依赖于蠕动的性质。
2016-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Short- and long-time diffusion, and dynamic scaling in suspensions of charged colloidal particles
我们报告了一个全面的理论-模拟-实验研究的集体和自扩散悬浮液中的电荷稳定的胶体球。在模拟和理论中，球体通过硬核加屏蔽库仑对势相互作用。中间和自中间散射函数计算加速斯托克斯动力学模拟流体动力学相互作用（HI）充分占。这项研究涵盖了从短时间到胶体长时间的范围。此外，布朗动力学模拟和模式耦合理论（MCT）的结果产生的HI被忽略。结果表明，HI增强集体和自扩散在中间和长时间，而在短时间内的自扩散，并为某些波数也集体扩散，减慢。MCT显著高估了动态粒子笼的减缓影响。模拟的散射函数是在体面的协议与我们的动态光散射（DLS）的带电二氧化硅球悬浮液的结果。模拟和理论结果表明，中间散射函数的长时间指数衰减。一个深远的时间波数分解的散射函数的近似有效性被证明是一个后果的HI。我们的集体扩散的研究修正了自中间散射函数和粒子均方位移（MSD）的模拟和理论结果。由于DLS测量中没有评估自扩散，因此从理论上验证了近似推导DLS中MSD的方法。
2017-11-27 cond-mat.soft
The Role of Collective Elasticity on Activated Structural Relaxation, Yielding and Steady State Flow in Hard Sphere Fluids and Colloidal Suspensions Under Strong Deformation
我们从理论上研究了外部变形的影响激活结构松弛和玻璃硬球流体的非线性力学响应的基本方面的非平衡版本的Elementary集体非线性Langevin方程（ECNLE）理论的背景下。ECNLE理论将激活松弛描述为一个耦合的局部-非局部事件，涉及局部笼化和更长范围的集体弹性，后者随着填充分数的增加变得更加重要。核心的新问题是，这种物理图像，以及相对于弹性物理学的笼的重要性，如何取决于外部应力，应变和剪切速率。理论预测的变形诱导的流动性增强，松弛开始加速在显着较低值的应力，应变或无量纲剪切速率，变薄的结构弛豫时间和粘度与表观幂律指数，一个非零的激活势垒在剪切变薄制度，赫歇尔-Bulkley形式的速率依赖的稳态剪切应力，动态屈服应力随填充分数呈指数增长，并降低了变形下的动态脆性和不均匀性。实验和模拟的结果进行了对比，定性或更好的协议是found. An总括性的结论是，变形大大降低了大部分，但不是所有的，物理问题的重要性，与应力相关的动态异质性现象定性敏感的集体弹性的较长范围的集体弹性效应。总的来说，非线性流变学是一个更局部笼规模的问题比静态松弛，虽然与变形修改激活过程仍然很重要。
2020-06-24 cond-mat.soft
Influence of hydrodynamics on many-particle diffusion in 2D colloidal suspensions
我们通过一种新的介观模拟技术研究了具有完全流体动力学相互作用的二维胶体悬浮液中的多颗粒扩散。我们专注于行为的有效缩放示踪剂和集体扩散系数$D_T(ρ) / D_0$和$D_C(ρ) / D_0$，其中$D_0$是单粒子扩散系数，作为胶体$ρ$的密度的函数。在低施密特数$Sc={\cal O}(1)$，我们发现，流体力学基本上没有影响的行为$D_T(ρ)/D_0$。在较大的$Sc$，$D_T(ρ)/D_0$是增强在所有密度，虽然与没有流体动力学的情况下相比的差异很小。另一方面，集体扩散系数与流体力学守恒律的耦合更强，与纯耗散情况明显不同。
2003-02-05 cond-mat.soft
Spontaneous aggregation and global polar ordering in squirmer suspensions
我们已经开发了三维悬浮液的活性颗粒的数值模拟，以表征主动游泳者引起的流体动力应力的能力，以促进全球秩序和紧急结构的主动悬浮液。我们已经考虑了蠕动悬浮液嵌入流体建模下的格子玻尔兹曼计划。我们已经发现，积极的压力发挥核心作用，去相关的集体运动的蠕动和收缩蠕动发展显着的聚集。
2016-12-13 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions in dense active suspensions: from polar order to dynamical clusters
我们研究流体动力学相互作用的作用，在集体行为的集合中的微观活性颗粒悬浮在流体中。我们引入了一个新的计算框架，使我们能够分离不同的贡献，他们的集体动力学从不同的长度尺度上的流体动力学相互作用。因此，我们能够系统地表明，润滑力时，颗粒是非常接近对方发挥重要的作用，作为远程流体动力学相互作用，在确定其多体行为。我们发现，运动诱导的相分离抑制近场相互作用，导致开放的凝胶状集群，而不是密集的集群。有趣的是，我们发现一个全球性的极性有序相出现中性游泳者没有力偶极子，增强了近场润滑力，其中碰撞过程，而不是长程相互作用占主导地位的对齐机制。
2017-06-09 cond-mat.soft
Collective dynamics and rheology of confined phoretic suspensions
类似于它们的生物学对应物，化学活性自泳游泳者的悬浮液表现出非平凡的动力学，涉及自组织过程作为粒子间相互作用的结果。使用动力学模型的自趋化Janus颗粒的稀悬浮液，我们分析了这些集体行为和趋化聚集的有效粘度的活性流体的影响的一个封闭的压力驱动流的效果。四个动态制度时，确定增加的强度施加的压力驱动的流，每一个与不同的集体行为产生的竞争流和化学诱导的重新定向的游泳者一起限制。有趣的是，我们观察到，推动器的效果（分别为。拉料器）流体动力学特征，已知这会降低（相应地，增加）剪切悬浮液的有效粘度，在出现自趋化聚集时反转。我们的研究结果提供了新的见解集体动力学在复杂的环境中，这是相关的合成以及生物系统的作用。
2022-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Reversible Formation of Thermoresponsive Binary Particle Gels with Tunable Structural and Mechanical Properties
我们研究了悬浮的温敏微凝胶的集体行为，该微凝胶在加热时排出溶剂并随后减小尺寸。使用不同的温敏微凝胶的二元混合物，我们展示了如何明显不同的凝胶结构的形式，这取决于所使用的加热曲线。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）成像显示，缓慢加热斜坡产生核-壳网络通过顺序凝胶化，而快速加热斜坡产生随机二元网络通过均质凝胶化。在这里，二次粒子被示出聚集在一个单层的方式上的第一凝胶，这可以通过布朗动力学模拟使用的模型的基础上的温度依赖性的相互作用势结合空间排斥和范德华吸引力定性地再现。通过振荡流变学，它表明，二次微凝胶沉积增强了先前形成的单一物种凝胶的结构完整性，和最终的结构表现出更高的弹性模量和损耗模量比其组成相同的同质凝胶对应。此外，我们表明，在二次微凝胶沉积之前的支架中的老化过程控制了bigel的最终结构特性，这允许对这些特性进行详细的控制。因此，我们的研究结果表明，温度分布可以用来精细地控制这些高度可调材料的结构和机械性能。
2019-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Sedimentation and structure of squirmer suspensions under gravity
本研究利用DPD粗粒化模型模拟重力场下微型游泳者悬浮液沉降，发现随重力增强底层转变为六方晶体有序态，且puller比pusher更易重排并维持底层六方有序性。
2024-11-20 cond-mat.soft
Collective forces in scalar active matter
许多粒子悬浮液中的大尺度集体行为，可以从直接微观粒子相互作用之外出现的统计力的平衡来理解。在这里，我们回顾了一些方面的集体力量，可以出现在悬浮液中的自推进的活性布朗粒子：限制下的壁力，界面力，并在浸没机构介导的悬浮液的力量。即使对于非对齐的活性颗粒，这些力也与由壁和主体引起的颗粒取向的非均匀极化或非均匀密度分布密切相关。最后，我们指出了未来的方向和有前途的领域，集体力量的应用在合成活性物质，以及它们在生活中的作用活性物质。
2020-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chemotactic and hydrodynamic effects on collective dynamics of self-diffusiophoretic Janus motors
由化学反应驱动的自推进Janus马达的非平衡稳态悬浮液中的集体运动可以由于来自直接分子间力、流体动力学流动效应或化学梯度介导的趋化效应的相互作用而产生。这些相互作用的相对重要性取决于电机的反应特性、系统保持稳定状态的方式以及悬浮液的性质，例如体积分数。从模拟的微观硬碰撞模型的流体粒子与Janus电机的相互作用，我们表明，动态集群状态的存在，并确定的相互作用机制，负责其形成。趋化和流体动力学效应的相对重要性是通过考虑一个微观模型，其中趋化效应被关闭，而保留完整的流体动力学相互作用。该系统通过本体反应维持在稳定状态，在该本体反应中，产物颗粒再转化成燃料颗粒。研究了本体反应速率对集体动力学的影响。
2017-07-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic instabilities in driven chiral suspensions
本文针对驱动手性悬浮液的流体动力学不稳定性展开研究，通过平均场动力学理论等方法揭示了微观手性驱动的扭矩单极子与自推进引发三维混沌流的新路径，建立了图案形成新机制并为相关悬浮液设计及手性流体流变学研究提供框架。
2025-08-25 cond-mat.soft
Active colloidal suspensions: Clustering and phase behavior
我们回顾了最近的实验，数值和分析结果的主动悬浮的自推进胶体珠移动（准）二维。活性胶体形成了活性物质这一更大主题的一部分，这一主题以远离热平衡的集体动力学现象的出现而闻名。在实验和计算机模拟中，分离成致密的聚集体，即，团簇和稀气相已经报道，即使当吸引力的相互作用和对齐机制是不存在的。在这里，我们描述了三个实验装置，讨论了不同的推进机制，并总结了相分离的证据。然后，我们比较实验观察数值研究的基础上的极小模型的胶体游泳者。最后，我们回顾了一个平均场的方法来自第一性原理，它提供了一个理论框架的密度不稳定性导致的相分离的活性胶体。
2014-07-25 cond-mat.soft
Collective behavior of Vicsek particles without and with obstacles
在我们的工作中，我们已经研究了一个二维悬浮液的有限大小的Vicsek硬盘，其时间演化遵循事件驱动的动态之间的后续时间步骤。在比较了它的集体行为与一个系统的标量Vicsek点状粒子的预期，我们分析了考虑两种可能的弹跳规则之间的磁盘：Vicsek规则和伪弹性的，专注于有序无序过渡的效果。接下来，我们已经添加到硬盘Vicsek粒子的二维悬浮盘状被动障碍物的两种类型：要么固定在空间或移动根据相同的事件驱动的动力学。我们已经进行了详细的分析粒子的集体行为观察到的固定和移动的障碍。在固定的障碍物的情况下，我们已经观察到在低噪声下形成的集群，与以前的研究一致。当使用移动的被动障碍物时，我们发现，随着障碍物阻力的增加，主动粒子的顺序被更好地破坏。在无阻力极限下，发现了一个有趣的结果：在某些情况下，低阻力被动粒子的引入可以导致主动植绒粒子比它们在本体中显示的更有序的状态。
2019-11-23 cond-mat.soft
Controlling the collective transport of large passive particles with suspensions of microorganisms
Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
通过光趋性微藻诱导生物对流卷，实现数百个大尺寸被动颗粒的集体运输，用于药物输送和去污应用。
2025-12-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Three-body correlations and conditional forces in suspensions of active hard disks
自推进布朗粒子具有丰富的非平衡物理性质，如运动诱导相分离（MIPS）。虽然几十年来对液体结构的研究已经建立了对被动系统的深刻理解，但对主动悬架中的相关性知之甚少。在这项工作中，我们推导出一个近似的分析理论的三体相关性和力的系统中的活动布朗盘从多体Smoluchowski方程。我们用我们的理论来预测作用在标记粒子上的条件力及其对自推进圆盘推进速度的依赖性。我们确定这些力的优先方向的推进方向和周围粒子的位置。我们进一步将我们的理论与活动盘的有效游泳速度联系起来，这与MIPS的物理学有关。为了测试和验证我们的理论，我们还运行了粒子分辨的计算机模拟，为此我们明确计算了三体力。在这种情况下，我们讨论了近硬相互作用势的积极布朗游泳运动的建模。我们发现我们的模拟和我们的理论的数值解之间非常好的协议，特别是非平衡对分布函数。对于我们的分析结果，我们仔细讨论了他们的有效性范围的上下文中，我们应用的不同水平的近似。这种讨论使我们能够研究粒子对三体力和新兴结构的单独贡献。因此，我们的工作揭示了集体行为，为进一步研究主动悬浮液中的相关性提供了基础，为集体行为提供了新的线索，并向新兴的液态理论迈进了一步。
2018-01-15 cond-mat.soft
Hydro-chemical interactions in dilute phoretic suspensions: from individual particle properties to collective organization
Janus泳动胶体（JPs）自推进作为自生的化学梯度的结果，并表现出自发的非平凡的动力学泳动悬浮液内，长度尺度远大于微观游泳者的大小。这种集体动力学产生于（i）粒子的自推进速度，（ii）粒子之间的吸引/排斥化学介导的相互作用和（iii）它们在周围介质中引入的流动扰动的竞争。这三种组分的含量直接取决于胶体表面的形状和物理化学性质。由于这种联系，我们适应最近流行的动力学模型的化学活性JP的稀释悬浮液中的颗粒的远场流体动力学和化学签名的内在联系，并明确确定的设计属性。使用线性稳定性分析，我们表明，自推进可以诱导波选择机制，某些粒子的配置与实验观察一致。对完整的动力学模型进行了数值模拟，分析了化学和流体动力学相互作用在非线性动力学中的相对重要性。我们的研究结果表明，在粒子密度的规则图案促进化学信号，但防止由极化粒子集体产生的强流体流动，无论其趋化或抗趋化性质（即拉和推游泳）。
2020-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-reciprocal mixtures in suspension: the role of hydrodynamic interactions
本研究将非互易Cahn-Hilliard模型与流体耦合，探索悬浮液中活性混合物的行波稳定性，发现非互易性可在相空间大区域内稳定波对抗线性不稳定。
2025-02-12 cond-mat.soft
First-order virial expansion of short-time diffusion and sedimentation coefficients of permeable particles suspensions
对于可渗透颗粒悬浮液，从理论上计算了短时平移和旋转自扩散系数，以及集体扩散和沉降系数。单个颗粒被建模为具有给定渗透率的均匀渗透球体，内部溶剂流动由Debye-Bueche-Brinkman方程描述。假设粒子通过其排除体积非流体动力学地相互作用。的体积分数的幂的输运性质的维里展开进行到两个粒子的水平。一阶维里系数对应于两体流体动力学相互作用的颗粒间距离的倒数幂级数展开进行评估具有非常高的精度。结果得到并讨论了一个广泛的范围内的比例，x，颗粒半径的水动力筛选长度内的可渗透的球体。结果表明，当x >= 10时，输运性质的维里系数可以用我们以前建立的多孔颗粒悬浮液有效粘度的流体动力学半径（环带）模型很好地近似。
2011-01-23 cond-mat.soft
