On the distribution and swim pressure of run-and-tumble particles in confinement
本文从理论上计算了非布朗运动的球形自由泳运动员在两平面硬壁之间的稀主动悬浮液中的空间和取向分布。使用动力学模型的基础上耦合散装/表面概率密度函数，我们证明了存在的浓度壁边界层与运行长度的厚度缩放，在整个通道的偏振的情况下，和存在尖锐的不连续性的散装取向分布在附近的取向平行于壁在近壁区域。我们的模型也适用于计算系统中的游泳压力，这接近以前提出的理想气体行为在宽通道，但被发现减少在狭窄的通道作为限制的结果。蒙特卡罗模拟也进行了验证，并显示出良好的定量与我们的理论预测。
2015-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Run-and-tumble motion of ellipsoidal microswimmers
本文实验发现椭球形热泳Janus粒子在强约束下无需生化反馈即可产生类似细菌的游动与翻滚运动，揭示了流体动力学壁相互作用和几何诱导时间尺度分离是其物理机制。
2024-02-20 cond-mat.soft
Run-and-tumble particles in speckle fields
由散斑场产生的随机能量景观可以用来用单个激光束约束和操纵大量的微观粒子。通过分子动力学模拟，我们研究了嵌入散斑图的游动细菌活性悬浮液的静态和动态特性。看着密度波动和平衡密度分布的相关性，我们观察到的交叉现象时，由斑点施加的力等于细菌的推进。
2014-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles with hydrodynamics: sedimentation, trapping and upstream swimming
我们模拟格子玻尔兹曼的运行和翻滚粒子（灵感来自细菌的极小模型）的非平衡稳态，相互作用的远场流体力学，受到限制。在重力作用下，流体动力学相互作用几乎不会干扰没有它们的稳定状态，但对于谐波陷阱中的粒子，如果运行长度大于限制长度，则这种状态会发生很大变化：形成自组装泵。同样限制在一个狭窄的通道中的颗粒显示了普瓦维尔流中的通用上游通量：不需要手性游泳。
2010-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.OT
How Confinement-Induced Structures Alter the Contribution of Hydrodynamic and Short-Ranged Repulsion Forces to the Viscosity of Colloidal Suspensions
了解胶体悬浮液中结构和流变学之间的相关性非常重要，因为这些悬浮液在工业应用中至关重要。此外，胶体在限制下表现出广泛的结构，这可能会大大改变粘度。在这里，我们使用的实验和模拟相结合，以阐明如何限制诱导结构改变流体动力学和排斥力的相对贡献，产生高达十倍的粘度变化。我们使用定制的共聚焦流变仪来成像胶体悬浮液的颗粒配置，同时测量粘度。我们发现一个非单调的趋势下的粘度约束，是强烈相关的微观结构。当间隙减小到低于15个颗粒直径时，粘度首先从其体积值减小，显示出随间隙的波动，然后对于低于3个颗粒直径的间隙急剧增加。此外，我们比较我们的实验结果，两个模拟技术，使我们能够确定流体动力学和短程排斥应力的相对贡献。第一种方法使用润滑近似来找到流体动力学应力，并且包括颗粒之间的短程排斥力，第二种方法是计算悬浮液中的全部流体动力学应力的斯托克斯动力学模拟。我们发现，在适度的约束粘度的降低有显着的贡献，从流体动力学和排斥力，而在小于三个颗粒直径的间隙的粘度增加主要来自短程排斥力。这些结果为受限悬浮液的独特流变行为提供了新的见解，并进一步使我们能够通过改变间隙，多分散性和体积分数等特性来调节粘度。
2017-10-23 cond-mat.soft
Rheology of bacterial suspensions under confinement
作为活性流体的典型模型，细菌悬浮液显示出与其对应的胶体悬浮液截然不同的有趣的流变响应。尽管大量细菌悬浮液的流动已经被广泛研究，但限制下的细菌悬浮液的流变学尚未被实验探索。在这里，使用微流控粘度计，我们系统地测量稀E的流变性。大肠杆菌悬浮液在不同程度的限制。我们的研究揭示了一个强大的限制效应：细菌悬浮液的粘度大幅下降时，限制规模是可比的或小于细菌的运行长度。此外，我们还研究了剪切流中细菌悬浮液的微观动力学，包括速度分布，细菌密度分布和单个细菌的动力学。这些测量使我们能够构建一个简单的启发式模型的基础上的边界层的上游游泳的细菌附近的限制壁，定性地解释了我们的实验观察。我们的研究揭示了集体细菌运动的边界层对受限细菌悬浮液流动的影响。我们的研究结果提供了一个基准测试不同的流变学模型的活性流体，是有用的了解有限的几何形状中的微生物的运输。
2019-06-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Entropy production of run-and-tumble particles
该研究系统分析了跑停模型中的熵产生，推导了自由、谐波约束及各向异性情形下的精确表达式，并推广至空间异质和d维运动。
2024-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Harnessing confinement and driving to tune active particle dynamics
活性粒子的一个显著特征是驱动其动力学的非平衡噪声的性质。因此，这些噪声特性的控制是基本的和应用的兴趣。我们展示了紧急调谐的主动噪声的颗粒自推进粒子，将其限制在一个准一维通道。我们发现，这种粒子，像一个活跃的布朗粒子（ABP）在二维移动，显示运行和翻滚（RTP）的限制特性。我们表明，动态的相对取向坐标的粒子映射到布朗粒子在一个周期性的潜力受到一个恒定的力，在类比的分子马达的动力学。该映射捕获一维RTP运动的基本统计特性。具体来说，我们的理论分析是在协议的相对取向坐标和运行时间（翻滚率）的粒子的经验分布。最后，我们明确控制这些紧急运行和翻滚一样的噪声参数的外部驱动。总而言之，我们的工作说明了几何形状引起的调整的主动动态的自走式单位，从而提出了一个独立的路线，利用其内部动态。
2021-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-monotonic Rheology and Stress Heterogeneity in confined Granular suspensions
该研究系统探究边界约束对稠密颗粒悬浮液剪切增稠流变的影响，发现高受限条件下的非单调流动曲线，结合原位应力观测揭示其与应力非均质性的关联，为调控悬浮液流变特性提供了新思路。
2024-05-29 cond-mat.soft
Active Brownian particles and run-and-tumble particles separate inside a maze
各种各样的天然和人造自推进颗粒是已知的，并且现今被使用。其中，活性布朗粒子（ABPs）和翻滚粒子（RTPs）是两类重要的粒子。我们数值研究非相互作用的ABPs和RTPs强烈局限于不同的迷宫几何形状在两个维度。我们证明，仅通过几何限制，ABPs是可分离的RTPs。通过研究具有嵌套壳的Matryoshka类迷宫，我们发现圆形迷宫具有最佳的过滤效率。平均首次通过时间的结果表明，ABPs从迷宫中心逃逸更快，而RTPs更容易从边缘到达中心。根据我们的模拟和速率理论，我们开发的，ABPs在稳定状态下积累在最外层区域的Matryoshka样迷宫，而RTPs占据所有位置的迷宫内几乎相同的概率。这些结果提出了一种新的技术，通过设计适当的限制几何形状，而不使用化学或生物制剂，用于分离不同类型的自推进粒子。
2016-11-01 cond-mat.soft
Velocity oscillations in confined channel flows of concentrated colloidal suspensions
利用快速共聚焦显微镜，在单粒子水平上研究了玻璃微通道中浓胶体的压力驱动流动。对于通道与颗粒尺寸比$a/\bar{D} \lesssim 30$，悬浮颗粒的流速显示波动。对于更高的约束（$a/\bar{D} \simeq 20$），这些转变成规则振荡。我们提出的证据链接这些振荡与溶剂和颗粒（渗透）的相对流量和剪切增稠的约束效果。
2008-06-27 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
Tuning the random walk of active colloids
像游动的细菌或自推进的胶体这样的活性粒子，可以自发地组织成迷人的大尺度动态结构。这些集体状态从单个粒子的运动模式（通常是随机行走）中出现，还有待于在一个定义明确的合成系统中进行探索。在这里，我们报告间歇性胶体运动的实验实现，再现了许多游泳和群集细菌常见的运行和翻滚和利维轨迹。我们的策略使定制的序列重复的“运行”（近恒速直线平移）和“翻滚”（看似不稳定的转弯），以模仿任何随机行走。这种在微尺度上主动运动的新范例为主动悬浮中出现的集体动力学的实验探索开辟了新的机会。我们发现，这些随机步行者的人口表现出的行为，让人想起细菌悬浮液，如动态集群和中尺度的顺从性一样的流。
2019-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Optimal search strategies of run-and-tumble walks
在运行和翻滚的步行，包括在随机重新定向的弹道偏移，模型的现象，从气体动力学细菌运动。我们评估的平均时间需要这个行走找到一个固定的目标在一个2D或3D的球形限制。我们发现，平均搜索时间承认一个最小的平均运行时间为各种类型的边界条件和运行时间分布（指数，幂律，确定性）的函数。我们的结果与纯弹道运动形成鲜明对比，这被预测为泊松分布目标情况下的最佳搜索策略。
2016-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Driven colloidal suspensions in confinement and density functional theory: Microstructure and wall-slip
基于经典的密度泛函理论，我们从理论上研究了受限条件下受驱动（剪切）胶体悬浮体系的一般性质。在没有一个确切的封闭（Smoluchowski）方程的剪切下的一个粒子的密度，我们制定了一套近似的一般条件，并表明，一个简单的封闭满足他们。确定了精确的微观应力张量。举例来说，在靠近壁面（平行于剪切方向）的情况下，我们注意到微观剪应力不一定是均匀的。在Smoluchowski方程的基础上，我们又推导出了一个均匀的剪切应力方程，从而计算出了壁面附近的局部流速。这最终导致复杂流体在壁处的滑移长度。
2014-02-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear jamming and fragility in fractal suspensions under confinement
在外加应力下，许多致密颗粒悬浮液的粘度急剧增加，这种反应称为不连续剪切增稠（DST）。在某些情况下，所施加的应力甚至可以将悬浮液转变成固体状剪切堵塞状态。虽然剪切堵塞（SJ）已经探讨了稠密悬浮液的颗粒具有明确的形状，这样的分形对象的现象还没有被探索。在这里，使用流变学和原位光学成像，我们研究了限制下的多壁碳纳米管（MWCNT）的超稀分形悬浮液的流动行为。在起始体积分数为$ϕ\sim$ 0.5%时，分形悬浮液可以直接从流动状态转变为SJ状态，而不需要经过一个附加的DST，这一转变明显低于传统的稠密悬浮液（$ϕ\sim$ 55%）。超低浓度使我们能够证明SJ状态的脆弱性和相关的接触动力学，这在悬浮液中仍然是实验未探索的。此外，使用广义Wyart-Cates模型，我们提出了一个通用的相图分形悬浮液，捕捉SJ的可能性，没有事先DST在很宽的范围内的剪切应力和体积分数。
2022-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Confinement Stabilizes a Bacterial Suspension into a Spiral Vortex
限制表面在许多物理系统的动力学、输运和秩序中起着至关重要的作用，但它们对活性物质（一大类动态自组织系统）的影响却知之甚少。在这里，我们调查的整体约束和表面曲率集体运动的影响，通过研究密集的细菌悬浮液的小液滴内的流动和取向顺序。径向约束，自推进，空间相互作用和流体动力学之间的竞争强烈诱导一个有趣的稳定的单涡状态，其中细胞排列在向内螺旋图案伴随着一个薄的反向旋转边界层。一个最小的连续模型被证明是在良好的协议与这些意见。
2013-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Mixtures of anisotropic and spherical colloids: Phase behavior, confinement, percolation phenomena and kinetics
硬棒、片晶和球的悬浮液等熵体系表现出丰富的相行为。几十年来，棒晶和片晶已被成功地用作预测液晶平衡性质的模型。在过去的几年中，硬颗粒模型也在非平衡统计力学的背景下进行了研究，特别是关于玻璃化转变，堵塞，沉降和结晶。最近，各向异性硬颗粒的悬浮液也成为从事软物质复合材料研究的材料科学家们关注的焦点。与导电填料颗粒混合的绝缘聚合物树脂在填料膨胀时变得导电。在这种情况下，连通性渗流的数学主题在现代纳米技术中得到了应用。本文综述了近年来硬粒子模型中的相行为、禁闭效应、逾渗相变和相变动力学等方面的研究进展。在第一部分中，我们讨论了粒子各向异性和耗尽对逾渗转变的影响。在第二部分中，我们提出的结果，在悬浮液中的球体和椭球体的液晶转变的动力学。
2013-10-01 cond-mat.soft
The effect of geometrical confinement on the interaction between charged colloidal suspensions
利用计算机模拟描述不对称电解质的原始模型，研究了两个平面带电壁之间的带电胶体粒子之间的有效相互作用。详细地，我们计算了作用在单个宏离子和在存在狭缝状约束的宏离子对上的有效力。对于中等库仑耦合，我们发现，这种力是排斥。然而，在强耦合条件下，力的符号取决于到板的距离和粒子间的距离。特别是，颗粒板相互作用变得强烈的吸引力小的距离，这可以解释在最近的实验中观察到的板附近的胶体晶体层的发生。
1999-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of run-and-tumble-like swimming in self-propelling artificial swimmers in soft microchannels
本研究实验发现软微通道中自泳液滴涌现出跑-停式游动，源于弹性流体动力学与化学流体动力学耦合，为利用壁弹性调控活性剂提供新途径。
2025-08-06 cond-mat.soft
Shear thickening in densely packed suspensions of spheres and rods confined to few layers
我们调查有限的剪切增稠悬浮液的样品厚度是可比的颗粒尺寸。流变测量提出了密集包装的悬浮液的球体和杆的纵横比为6和9。通过在恒定剪切速率下沿剪切梯度的方向改变悬浮液厚度，我们发现应力的明显振荡。随着间隙尺寸的减小，这些振荡变得更强，并且当样品厚度与整数个颗粒层相称时，应力最小化。尽管这种约束诱导的效果，粘度曲线显示剪切增稠，保持散装行为下降到样品薄至两个粒径的球体，低于该悬浮液堵塞。棒表现出与颗粒宽度相称的类似行为，但当厚度减小到低于约颗粒长度时，它们表现出额外的效果，因为它们被迫对齐;应力在固定剪切速率下随着间隙尺寸的减小而增加，而剪切增稠机制逐渐过渡到牛顿缩放机制。这种削弱的剪切增稠作为一个有序的配置接近对比剪切增稠的加强时，填充分数增加在无序的散装限制，尽管事实上，这两种类型的限制最终导致堵塞。
2010-03-22 cond-mat.soft
Run-and-tumble bacteria slowly approaching the diffusive regime
运行和翻滚（RT）的动力学细菌游泳者首先引起的弹道运动，由于他们的持久性，后来，通过连续的翻滚，扩散过程。在这里，我们调查需要多长时间的稀释游泳悬浮液达到扩散制度，以及什么是从扩散动力学的偏差的幅度。均方位移（MSD）的线性时间依赖性不足以表征扩散，因此我们还关注位移分布的过度峰度。四个游泳策略被认为是：（i）传统的RT模型与完整的重定向后翻滚，（ii）的情况下，部分重定向，其特征在于由分布的翻滚角，（iii）运行和反向模型与旋转扩散，和（iv）RT颗粒的翻滚率取决于随机浓度的内部蛋白质。通过分析相关的动力学方程的概率密度函数和模拟的模型，我们发现，对于模型（ii），（iii）和（iv）的放松扩散可能需要更长的时间比翻滚事件之间的平均时间，证明存在大尾巴的粒子位移。此外，超额峰度可以呈现大的正值。在模型（ii）中，对于某些翻滚角的分布，MSD可能达到线性时间依赖性，但仍然，动态在很长一段时间内保持非高斯。这也是在模型（iii）的情况下，小旋转扩散。对于所有的模型，长时间的扩散系数也得到了。的理论方法，它依赖于特征值和角度的van Hove函数的傅立叶展开，是在很好的协议与模拟。
2020-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rheology of dense suspensions of elastic capsules: normal stresses, yield stress, jamming and confinement effects
我们研究了弹性胶囊的致密悬浮液的剪切流变学，以无聚集的红细胞作为生理相关的例子。粒子是非布朗运动的，并且仅通过流体动力学和短程排斥力相互作用。在悬浮液中的不同的应力机制的分析表明，粘度是由胶囊的剪切弹性，而排斥力是次要的。提供了高于临界体积分数的动态屈服应力的证据，并且与胶囊的弹性性质有关。剪切应力被发现遵循一个关键的干扰的情况下，是相当不敏感的翻滚到坦克踩踏过渡。颗粒压力和法向应力的差异显示出一定的敏感性的细胞的动态状态，并表现出特征缩放，以下的行为的一个单一的颗粒，在坦克踩踏制度。在有效介质模型方面的流体相的粘度的行为是合理的。此外，限制效应，这增加了整体的幅度和增强剪切变稀的粘度的作用，进行了讨论。
2014-05-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.med-ph
Rheology and structure of a suspension of deformable particles in plane Poiseuille flow
我们提出了一个实验研究的流变性和结构的受限悬浮液中流动的可变形颗粒在准二维Poiffille流。由于精确的微流体粘度测定技术结合浓度分布的测量，我们的研究提供了第一个实验确认{与三维颗粒}的结构化效应和流变学之间的强关系，以前只报道在纯二维系统的数值模拟。在由于限制而发生强结构化效应的条件下，有效粘度随颗粒浓度（这里是红细胞）的演变显示出与悬浮液结构中的定性转变相关的快速增长和平稳期的显著连续范围。
2022-04-07 cond-mat.soft
Phase behavior of colloidal suspensions with critical solvents in terms of effective interactions
本文研究了胶体悬浮液的相行为，其溶剂被认为是经历相分离的二元液体混合物。我们专注于热力学区域的临界点附近的伴随的兼容性差距。在那里，由于胶体颗粒在临界介质中充当空腔，相应的序参量的临界涨落的空间限制导致胶体之间的有效的、所谓的临界卡西米尔力。采用有效的，单组分胶体系统的方法，我们探讨了两个阶段的胶体悬浮液，一个是丰富的，另一个是穷人的胶体颗粒之间的相共存的可能性。这种有效的方法的可靠性进行了讨论。
2012-01-27 cond-mat.soft
Spinning Living Crystals of Run-and-Tumble Particles with Environmental Feedback
University College London（伦敦大学学院）；Universidade de Lisboa（里斯本大学）
研究揭示了活性物质中集体旋转的新机制，动态环境通过反馈协调非手性活性粒子自组织形成持续集体固态旋转的活晶体，且粒子长持续时间运动导致不同于传统扩散的动态特性。
2026-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Colloidal glass transition observed in confinement
我们研究了一个胶体悬浮体之间的两个准平行的墙壁作为一个模型系统的玻璃化转变限制的几何形状。悬浮液是两种粒度的混合物，以防止壁诱导结晶。我们使用共聚焦显微镜直接观察胶体颗粒的运动。这种运动在限制中较慢，因此在无限制几何形状的液体样品中产生玻璃态行为。对于更高的体积分数的样品（接近玻璃化转变），约束效应的发生在较大的长度尺度。
2007-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pair Dispersion in Dilute Suspension of Active Swimmers
生物和人工微泳者的集合产生具有强烈非平衡波动的长程速度场，这导致嵌入颗粒（示踪剂）的扩散率急剧增加。虽然这种增强的扩散率可能指向流体的增强的混合，但混合效率的严格量化需要分析示踪剂的成对分散，而不是简单的单粒子扩散率。在这里，我们计算分析的相对扩散系数的被动示踪剂嵌入在一个稀释的悬浮液中的运行和翻滚microswimmer的尺度相关。虽然每个示踪剂受到强烈的波动，导致大的绝对扩散率，小规模的相对分散被抑制，由于流体速度的相关性，这是相关的，当示踪剂间的分离是低于游泳运动的持续长度。我们的研究结果表明，游泳方向的重新定位在生物混合中起着重要的作用，并应考虑在设计潜在的活性物质设备能够有效的流体混合在微尺度。
2019-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Clogging in bidirectional suspension flow
由于约束而导致的运动的突然停止通常通过颗粒流通过收缩部的堵塞过渡来观察。我们提出了一个简单的实验结果，以阐明一个类似的过渡中的两个物种的双向流动，其中两个物种的宏观粒子具有不同的密度被限制在一个管和悬浮在一个流体中的中间密度。逆流颗粒作为移动障碍物，并且由于限制而没有形成拱形而发生堵塞。我们测量堵塞或堵塞概率$J$作为每个物种$N$的颗粒数量的函数，在固定的通道长度的通道宽度$D = $ 3 $-$ 7 $d$，其中$d$是颗粒直径。$J(N)$表现出S形依赖性，并在单个曲线$J(N/D^3)$上塌陷，表明在临界密度处发生转变。数据拟合良好的概率模型的动机事先收缩流假设颗粒进入堵塞区域以固定的概率产生堵塞状态。一个准二维实验提供了深入了解的接口形状和我们确定在大通道宽度的瑞利-泰勒不稳定性。
2020-04-04 cond-mat.soft
Tuning the Viscosity and Jamming Point in Dense Active non-Brownian Suspensions
本文通过 run-and-tumble 粒子模拟研究稠密活性非布朗悬浮液，揭示活性如何降低黏度、移动阻塞点并改变力链结构，进而提出新本构定律。
2025-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow and Jamming of Granular Suspensions in Foams
颗粒泡沫的排水研究的条件下，颗粒不被单独捕获的间隙孔隙空间的收缩。随着颗粒体积分数$ϕ_{p}$的增加，排水速度连续减小。悬浮液堵塞-因此排水停止-对于值$ϕ_{p}^{*}$，其揭示了颗粒尺寸的强烈影响。在占特定的几何形状的泡沫，我们表明，$ϕ_{p}^{*}$占不寻常的约束效应时，颗粒包装成泡沫网络。我们的模型定量的整体行为的悬浮液-从流动到堵塞-考虑明确的发散，其有效粘度在$ϕ_{p}^{*}$。在排水范围之外，预计报告的堵塞转变对与颗粒泡沫相关的所有方面（从老化到机械性能）都具有深刻的意义。
2014-01-13 cond-mat.soft
Self-organisation of auto-phoretic suspensions in confined shear flows
本研究通过连续介质动力学模型模拟，探究受限剪切流中趋化性Janus泳动粒子稀悬浮液的动力学，揭示了受限驱动的一维瞬态稳态分布特征及稳定性，并分析了粒子对流动的反馈与悬浮液有效黏度。
2023-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulations of active Brownian particles in dilute suspension: diffusion in free space and distribution in confinement
在这项工作中，我们报告了一种新的方法来模拟活跃的布朗粒子（ABPs）的分子动力学（MD）模拟。浸入流体中，每个ABP由头部粒子和流体的球形幻影区域组成，微型游泳者的鞭毛在该区域起作用。活性粒子的取向受随机动力学控制，取向持续时间由旋转扩散系数决定。为了流体动力学地驱动作为推动器的活性粒子，一对主动力分别施加在头部粒子和体模流体区域上。沿颗粒取向测量的主动速度与主动力的大小成比例。活性粒子的有效扩散系数是第一次在自由空间测量，显示半定量的协议与分析结果预测的极小模型的ABPs。然后，我们转向约束势中的活性粒子的概率分布。我们发现，随着取向持续时间相对于势阱中的弛豫时间的增加，静止粒子分布经历了从玻尔兹曼型到非玻尔兹曼分布的演变。从固定的分布在限制电位，扩散系数的有效部分进行测量和比较，在自由空间中获得的，显示出良好的半定量协议，而取向的持续时间变化很大，相对于弛豫时间。
2019-02-14 cond-mat.soft nlin.AO
Generality of shear thickening in suspensions
悬浮液具有广泛的兴趣，并形成许多智能流体的基础。对于大多数悬浮液，粘度随着剪切速率的增加而降低，即它们剪切变稀。很少有报道做相反的，即剪切增稠，尽管长期以来的期望，剪切增稠是一种通用类型的悬浮行为。在这里，我们解决这个明显的矛盾。我们表明，剪切增稠可以被掩盖的屈服应力，并可以恢复时，屈服应力降低到阈值以下。我们展示了这一论点的一般性，并量化了流变学实验中的阈值，我们控制屈服应力所产生的各种来源，如从颗粒表面相互作用的吸引力，从施加的电场和磁场诱导偶极子，以及在高包装分数的硬颗粒的限制。这些发现开辟了智能悬浮液的设计，结合剪切增稠与电或磁流变响应的可能性。
2010-02-05 cond-mat.soft
Emergence of a hexagonal pattern in shear-thickening suspensions under orbital oscillations
本研究发现轨道振荡下的非布朗剪切增稠悬浮液会在频率阈值以上自组织形成六边形密度波图案，揭示了其源于颗粒平流与剪切增稠的耦合，且边界条件对扰动发展有关键作用。
2024-03-01 cond-mat.soft
Geometry-Controlled Motility of Microswimmers in elementary microfluidic confinements
Université Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，LIPhy实验室）
本文研究衣藻在不同PDMS微流体几何限域中的运动，发现几何可调控其运动模式，为微泳者输运的被动控制提供了新途径。
2026-08-05 cond-mat.soft
Capillary imbibition of monodisperse emulsions in confined microfluidic channels
我们研究了单分散乳液在高度h与液滴直径d相当的低纵横比微流体通道中的吸液。对于限制比d/h = 1.2，紧密限制的盘状液滴在通道中移动更慢的平均悬浮速度相比。在驱动吸液的弯月面后面，存在无液滴区域，其通过尖锐的浓度前沿与悬浮区域分离。悬浮液表现出强烈的液滴密度和速度波动，但平均而言，悬浮域保持均匀。对于较弱的限制，d/h = 0.65，球形液滴移动速度比平均悬浮液流，导致在弯月面附近的动态不稳定的高浓度区域的形成。我们描述的宏观悬浮动力学使用线性传输方程的颗粒相通量和悬浮液通量，由当地的压力梯度。偶极粒子相互作用模型解释了观察到的大的密度和速度波动的动力学方面的细长粒子团簇具有不同的取向。
2021-02-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Long-wavelength fluctuations and static correlations in quasi-2D colloidal suspensions
非线性强烈地影响平衡系统的热涨落和临界动力学。这些影响在经历非平衡玻璃化转变的非晶系统中持续存在。在这里，我们的实验研究的准二维悬浮液的球形和椭球形颗粒在不同程度的圆形限制下的玻璃化转变。我们发现，长波长波动的强度随系统尺寸的增加而增加，并显示Mermin-Wagner波动的签名。此外，使用约束作为一种工具，我们还测量静态结构相关性，并提取一个不断增长的静态相关长度在二维过冷液体。最后，我们探讨了Mermin-Wagner波动对二维椭球悬浮液的平移和取向弛豫的影响，从而对各向异性颗粒的两步玻璃化转变和取向玻璃相进行了新的解释。我们的研究揭示了长波长波动在二维过冷液体中的重要性，并为维度在玻璃化转变中的作用提供了新的见解。
2019-04-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Self-organized states of solutions of active ring polymers in bulk and under confinement
本研究通过数值模拟发现活性环状聚合物在受限和不同密度条件下会形成由慢扩散旋转团簇与快速运动环共存的自组织动力学状态，揭示了活性、拓扑与受限作用导致溶液自发分离。
2023-07-28 cond-mat.soft
Inertial active harmonic particle with memory escape induced by viscoelastic suspension
该研究通过求解非马尔可夫动力学，发现黏弹性悬浮液的记忆时间尺度增加时，弹性束缚主导谐波陷阱，导致惯性活性粒子未达稳态即逃逸；活性持续时间增加则粒子被陷阱捕获。
2024-02-08 cond-mat.soft
Stress relaxation in a dilute bacterial suspension: The active-passive transition
我们分析了稀释的细菌悬浮液的时间依赖性非线性流变学（例如E。大肠杆菌）的一对冲动开始的线性流动-简单剪切和单轴拉伸。流变学由细菌取向分布决定，其满足动力学方程，该动力学方程包括由施加的流动引起的旋转，以及通过旋转扩散和翻滚而松弛至各向同性。相关的无量纲参数是Peclet数$Pe\equiv \dotγτ$和$τD_r$，Peclet数决定了流动诱导取向各向异性的重要性，$τD_r$量化了两种内在取向去相关机制（翻滚和旋转扩散）的相对重要性。这里，$τ$是表现出奔跑-翻滚动力学的细菌的平均奔跑持续时间，$D_r$是细菌的固有旋转扩散率，而$\dotγ$是施加的速度梯度的特征幅度。动力学方程的解决方案是使用频谱伽辽金法数值获得的，并在整个范围内的$Pe$产生相关的流变性能。对于简单剪切，我们在小$Pe$下的分析预测的应力松弛与Lopez等人（2015）的实验观察结果非常一致。然而，在大$Pe$上的分析产生了性质上不同的弛豫。实验中的流变学响应对应于从小$Pe$的主动游泳者的近各向同性悬浮到大$Pe$的被动杆的明显（近）各向同性悬浮的过渡。相比之下，计算产生了预期的过渡到一个几乎流动对齐悬浮被动刚性棒在高$Pe$。我们探测这种主动-被动过渡系统，补充数值解与解析解从适当的基态微扰展开。
2018-09-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic interaction in quasi-two-dimensional suspensions
两个平行表面之间的限制，理论和实验上发现，极大地影响胶体颗粒之间的流体动力学相互作用，改变耦合的符号，其衰减与距离和浓度的依赖性。特别是，我们表明，三体效应不修改耦合在大的距离，预计从流体动力学筛选。
2005-03-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear Excitation of Confined Colloidal Suspensions
我们表明，几何约束显着影响的剪切诱导的配置致密的单分散胶体悬浮液;出现一种新的结构，颗粒层屈曲堆叠在一个更有效的包装。剪切区中的体积分数由粘性应力和未剪切颗粒的接触储层的渗透压之间的平衡控制。我们提出了一个模型，占我们的意见，并有助于阐明复杂的相互作用之间的颗粒包装和剪切应力限制悬浮液。
2004-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spontaneous Circulation of Confined Active Suspensions
在生物学中遇到的许多活动流体系统都被设置在总几何约束中。植物细胞中的细胞质流是一个突出且普遍存在的例子，其中携带货物的分子马达沿着聚合物细丝移动并产生连贯的细胞尺度流动。当细丝不固定到细胞周边，在体内和体外发现的情况下，我们观察到的基本动力学的流是密切相关的非运动应力悬浮液。在此模型下，它表明，禁闭使一个稳定的循环状态成为可能;线性稳定性分析揭示了自发自循环的活动阈值。长时间行为的数值分析揭示了一种类似于缺陷分离的现象，在双折射液晶，和一个高活性的分岔振荡制度。
2013-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Stochastic thermodynamics of a confined colloidal suspension under shear flow
基于布朗动力学模拟，我们研究了剪切流作用下受限胶体悬浮体系非平衡定态的热力学特征。具体来说，我们考虑一个薄膜组成的带电粒子在窄缝孔限制，形成两个层的二次面内结构的平衡。这个多体系统显示出三种不同的稳态，其特征在于独特的动力学和流变学响应所施加的剪切流。计算功和热，我们发现这两个量通过它们的平均值和分布来表示不同的状态。一个特别有趣的情况发生在大的剪切速率，其中颗粒执行集体之字形运动。在这里，我们发现一个双稳态的粒子运动的相位同步的程度。事实证明，这种双稳态是理解整体平均功分布的关键。对于所有的状态，我们比较的工作和热分布的有效的单粒子系统。通过这一点，我们的目标是识别随机热力学量的多体特征。
2018-09-06 cond-mat.soft
Depletion induced isotropic-isotropic phase separation in suspensions of rod-like colloids
当将非吸附性聚合物添加到棒状胶体的各向同性悬浮液中时，胶体通过耗尽力有效地彼此吸引。我们进行了蒙特卡罗模拟来研究这种棒状聚合物混合物的相图。胶体棒被建模为硬spherocylinders;聚合物被描述为与棒相同直径的球体。聚合物可以重叠而没有能量成本，而聚合物和棒的重叠是禁止的。大量的稀释剂导致混合物的相分离。我们估计的各向同性各向同性共存的相边界，在散装和禁闭。为了确定相边界，我们使用连续伞形采样应用巨正则系综[J. Chem. Phys. 120，10925（2004）]，并且我们执行有限尺寸标度分析以估计临界点的位置。结果与Lekkerkerker和Stroobants [Nuovo Cimento D 16，949（1994）]提出的自由体积理论的预测进行了比较。我们还估计了共存的各向同性相之间的界面张力，并分析了其幂律行为的临界点的方法。
2007-09-25 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
Fluid mixing by curved trajectories of microswimmers
我们认为示踪剂扩散$D_{rr}$，从运行和翻滚运动的低雷诺数游泳者，如细菌。假设在稀释的悬浮液中，细菌以不相关的长度$λ$移动，我们获得了三维偶极游泳者的$D_{rr}$的精确表达式，从而解释了这与$λ$无关的令人惊讶的结果。我们比较了$D_{rr}$的贡献示踪剂扩散夹带。
2013-07-23 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Slow dynamics in cylindrically confined colloidal suspensions
我们研究了限制在玻璃微毛细管内的双分散胶体悬浮液，以模拟受限圆柱几何形状中的玻璃化转变。我们使用高速三维共聚焦显微镜观察颗粒运动的体积分数和管半径的范围很广。保持体积分数不变，我们发现颗粒在较薄的管中移动较慢。管壁诱导颗粒迁移率的梯度：颗粒在管壁附近移动得相当慢。这表明，约束引起的玻璃化可能是由于界面效应。
2012-09-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Geometrical entanglement and alignment regulate self-organization in active ring polymer suspensions
该研究引入缠绕数量化活性环形高分子悬浮液的几何缠结，发现取向排列与缠结显著相关，且自组织对活性诱导缠结呈非单调依赖，适度缠结稳定取向排列、过度缠结则起破坏作用，揭示了非平衡调控高分子缠结的普适微观机制。
2025-07-30 cond-mat.soft
Confinement and activity regulate bacterial motion in porous media
了解细菌如何在多孔介质中移动对于医疗保健，农业，环境修复和化学传感等应用至关重要。最近的研究表明，E.大肠杆菌在均匀介质中通过奔跑和翻滚动力学运动，当被限制在无序的多孔介质中时，它表现出一种新的运动形式：跳跃和捕获运动，其中细胞进行快速的定向跳跃，并被缓慢的无定向捕获的间隔所打断。在这里，我们使用直接可视化来阐明这些过程如何依赖于孔隙尺度限制和细胞活性。我们发现，跳跃是由孔隙尺度限制，是独立的细胞活动，相反，捕获是由孔隙尺度限制和细胞活动之间的竞争，如熵捕获模型预测。因此，这些结果有助于阐明调节多孔介质中细菌运动的因素，并有助于开发异质环境中运动的新模型。
2019-10-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions destroy motility-induced phase separation in active suspensions
该研究结合理论与大规模Active Fast Stokesian Dynamics模拟，证明squirmer悬浮液中的碰撞诱导力偶极子通过旋转和平移流体动力学相互作用抑制MIPS，并提出用刷状涂层恢复相分离。
2025-09-30 cond-mat.soft
Transport of nano-objects in narrow channels: influence of Brownian diffusion, confinement and particle nature
本文介绍了纳米物体稀悬浮液在硅玻璃微米和亚微米通道中传输的实验结果。使用两种物体：固体、刚性乳胶珠和球形胶囊状、软聚合物囊泡。他们使用荧光显微镜跟踪。研究了三个参数：约束（颗粒直径和通道深度之间的比率），布朗扩散和颗粒的性质。这项工作的目的是了解这些不同的参数如何影响悬浮液在狭窄的通道中的运输，并了解不同的机制在发挥作用。关于固体珠粒，我们观察到两种状态的出现，一种是实验平均速度接近预期的，另一种是该速度较低的。这与限制、布朗扩散和平流之间的竞争直接相关。这两个制度被证明是链接到通道深度，我们实验推导出的速度分布的颗粒分布的均匀性。这种不均匀性出现在进入亚微米通道的入口过程中，如流体动力学分离或确定性横向位移。关于颗粒的性质，我们观察到向第二区域的转变，这可能是由于剪切应力和聚合物囊泡机械性能之间的关系，这可以减少由我们的装置的几何形状施加的不均匀性。
2018-04-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Correlations in suspensions confined between viscoelastic surfaces: Noncontact microrheology
本文从理论上研究了两粘弹性介质间狭缝中粘性流体的速度互相关。我们分析了这些相关性对悬浮在流体中的粒子运动的影响。约束边界的顺应性引起长程对相关，仅随粒子间距离$r$衰减为$1/r$。我们展示了如何可以使用这种远程效应来提取粘弹性的约束介质中，而不嵌入示踪粒子。我们讨论了显着的鲁棒性，这样一个潜在的技术方面的限制的细节，其预期的统计优势，超过标准的两点微观流变学。
2017-09-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
