Phase diagram and effective shape of semi-flexible colloidal rods and biopolymers
我们研究悬浮液的半柔性胶体棒和生物聚合物使用Onsager型第二维里功能的分段链模型。对于悬浮液的薄和厚的fd病毒颗粒,我们计算的相图与实验观察定量一致,我们发现他们的有效状态点依赖的形状要短得多,比实际的形状厚。我们还计算了蠕虫状胶束在宿主fd病毒溶液中的拉伸,再次发现与实验一致。对于这两个系统,我们的研究结果表明,fd病毒刚度可以发挥关键作用,系统的行为。
2011-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Flexible confinement leads to multiple relaxation regimes in glassy colloidal liquids
理解过冷流体的弛豫是一个重大挑战,限制这样的系统可能会导致令人困惑的行为。在这里,我们利用光学限制胶体模型系统中,我们使用减少的压力作为控制参数。系统的动力学在低压和中等压力下是“Arrhenius”,但在高压下弛豫比预期的要快。我们将这种更快的松弛与由于柔性壁使系统中的局部有序而导致的邻近限制边界的密度降低相关联。
2020-11-08 cond-mat.soft
Confinement-induced alternating interactions between inclusions in an active fluid
在悬浮在较小颗粒的热化浴中的胶体夹杂物系统中,浴在夹杂物之间产生吸引力,主要来自熵源,称为耗尽力。在活性浴颗粒的情况下,浴介导的力的性质从吸引力急剧变化为排斥力,因为颗粒活性的强度增加。我们研究这种浴介导的有效相互作用的胶体包裹体在浴的自推进布朗粒子,被限制在一个狭窄的平面通道。发现受限对胶体颗粒之间的相互作用有很强的影响,然而,这主要取决于通道内的胶体取向。约束对胶体圆盘相互作用的影响是由活性粒子在表面边界上的分层控制的。这可以作为竞争因素出现,涉及通道壁和胶体内含物在其自身附近积聚活性颗粒的倾向。
2019-12-23 cond-mat.soft
Structures and dynamics of glass-forming colloidal liquids under spherical confinement
最近的理论预测,当一个过冷液体接近玻璃化转变,颗粒簇与一个特殊的“无定形秩序”的液体内成核,这导致静态相关性指示液体松弛的急剧放缓。然而,这一预测尚未在3D实验中得到验证。在这里,我们设计了一个胶体系统,其中颗粒被限制在球形空腔内,边界处钉扎着一层无定形颗粒。使用这个新的系统,我们捕获的无定形顺序的粒子团簇,并展示了静态相关的发展。此外,通过研究球形约束样品的动力学,我们揭示了静态相关性对胶体液体弛豫的深刻影响。在类比与随机钉扎粒子的玻璃形成液体,我们提出了一个简单的关系,为改变的构型熵的限制胶体液体,定量地解释了我们的实验结果,并说明了一个发散的静态长度尺度在胶体玻璃化转变。
2016-03-02 cond-mat.soft
Studies on electrostatic interactions of colloidal particles under two-dimensional confinement
本文研究了二维体系中不含盐离子的一对带电胶体粒子之间的有效静电相互作用。特别是,我们使用简化模型来阐明反离子分布中旋转涨落的影响。结果显示,在适当的条件下,有效的胶体吸引力。与此同时,在我们研究的大多数病例中,长距离排斥仍然存在。排斥力的产生是因为在二维空间中,带电胶体不能被反离子完全屏蔽,因为剩余的四极矩有助于更长距离的排斥。通过多重展开,我们发现在短距离观测到的吸引力主要来自高阶电矩之间的静电相互作用。我们认为,在这项工作中讨论的有吸引力的相互作用的情况是适用于带电的纳米粒子或胶体溶液与大离子的系统。
2010-06-22 cond-mat.soft
Measuring the nematic order of colloidal fd virus by xray diffraction
用x射线衍射法测量了半柔性杆状病毒fd的α相的取向分布函数,并将其作为浓度和离子强度的函数。从一个单一的域双折射相位的fd散射强度的角分布产生的单粒子取向分布函数在高角度,但它也包括在低角度的空间和取向的相关性。从粒子间和粒子内散射的取向分布函数的实验测量,以测试是否存在于粒子间散射的相关性影响单粒子取向分布函数的测量。结果发现,这两种类型的散射产生一致的值的顺序序参量。还发现,X射线衍射是不敏感的取向分布函数的精确形式,和所测量的角强度分布同样好地描述由两个Onsager的试探函数和高斯。在高离子强度下,与各向同性相共存的双相的序参数S接近长半柔性棒S=0.55的理论预测,但与理论的偏差随着离子强度的降低而增加。的浓度依赖性的顺序参数序参量也被发现更好地同意在高离子强度的理论预测,表明静电相互作用有一个可测量的影响的顺序序参量。测量的X射线序参量也示出成比例的测量的双折射和FD的饱和双折射测量,使一个简单的,廉价的方式来测量的序参量。
2002-10-01 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions induce anomalous diffusion under partial confinement
在部分约束下,胶体颗粒的运动被限制在一个平面上,但它们的动力学受到流体动力学相互作用的影响,流体动力学相互作用是由包埋流体的无约束三维流动介导的。我们证明,这种维数失配引起的特征发散的二维集体扩散系数的胶体单层。这一结果,独立于特定的单分子层中的颗粒间的力,是完全由于运动学约束的胶体颗粒,它是不同于已知的发散的纯二维流体中的传输系数。
2013-05-16 cond-mat.soft
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
Probing a self-assembled fd virus membrane with a microtubule
高度各向异性的胶体粒子的自组装导致了丰富多样的形态,其性质才刚刚开始被理解。这篇文章使用计算机模拟来探测一种通常研究的胶体组装体的粒子尺度扰动,胶体组装体是一种由棒状fd病毒在聚合物清除剂存在下组成的单层膜。受目前正在进行的实验的启发,我们模拟微管和单层膜之间的相互作用的微管“戳”,并穿透膜面on.Both的病毒和微管被建模为相同直径的硬spherocylinders,而depletant建模使用鬼球。我们发现,由膜施加在微管上的力是零,无论是当微管是完全的膜外,或当它已经完全穿透膜。微管最初在开始渗透时被膜排斥,但在进一步渗透时受到吸引力。我们评估的平移和旋转的波动的病毒和聚合物的渗透压expletant所发挥的作用。我们发现,旋转波动起着更重要的作用比平移的。排斥势垒的宽度和高度以及吸引势阱的深度对耗尽剂的渗透压的依赖性与假定的耗尽诱导的微管和病毒之间的吸引相互作用是一致的。我们讨论了这些研究的相关性的实验研究。\end{abstract}
2015-12-07 cond-mat.soft
Curvature directed anchoring and defect structure of colloidal smectic liquid crystals in confinement
本研究通过实验与模拟探究椭圆阱中胶体近晶的边界曲率如何控制锚定转变及向错与位错缺陷结构,揭示几何约束调控液晶缺陷的普适原理。
2023-11-30 cond-mat.soft
Self-diffusion of rod-like viruses in the nematic phase
我们测量了胶体杆状病毒{ \it fd}在各向同性相和双相的自扩散。低体积分数的病毒用荧光染料标记并溶解在未标记的棒的背景中。使用荧光显微镜观察单个杆的轨迹,从中提取扩散常数。测量平行于($D_{\parallel}$)和垂直于($D_{\perp}$)指向矢的扩散。比值($D_{\parallel}/D_{\perp}$)随病毒浓度增加而单调增加。当与各向同性相中的扩散($D_{iso}$)相比时,穿过各向同性-均相边界导致$D_{\parallel}$的增加和$D_{\perp}$的减少。
2005-06-07 cond-mat.soft
Self-assembly of Colloidal Superballs Under Spherical Confinement of a Drying Droplet
了解胶体积木形状和自组装材料结构之间的关系对于通过自组装开发新材料具有重要意义。在这方面,胶体超级球是独特的积木,因为它们的形状可以在球形和立方体之间平滑过渡。胶体超球在球形约束下的组装形成了具有有序内部结构的宏观团簇。利用小角X射线散射(SAXS),我们探测胶体超级球分散液滴在约束过程中的内部结构。我们观察并确定四个不同的干燥制度,通过蒸发液滴压缩过程中出现的,我们跟踪组装的宏观结构的发展。随着超级球的组装,我们发现它们排列成预测的准晶体,菱形C1晶格,该晶格因组成超级球的形状而异。这提供了对约束和颗粒形状之间的行为的见解,可以应用于新功能材料的开发。
2021-12-14 cond-mat.soft physics.app-ph
Non-equilibrium melting of colloidal crystals in confinement
我们报告了一个新颖的和灵活的实验,调查非平衡熔化行为的模型晶体由带电胶体球。在狭缝几何形状中,在低盐区域中形成的多晶材料由静水压力驱动,盐浓度的梯度逐渐增大,并且在大的盐浓度下熔化。根据颗粒和初始盐浓度,驱动速度和局部盐浓度复杂的形态演变观察。晶体-熔体界面的位置和熔化速度定量地从时间分辨布拉格和偏振显微镜测量。一个简单的理论模型预测的接口,首先前进,然后平衡漂移和熔化速度变得静止在盐浓度大于平衡熔化浓度。它还描述了在以不同方式停止驱动器之后,界面以静止梯度松弛到其平衡位置。我们进一步讨论了梯度强度对界面形态的影响,以及在熔化前从多晶材料到取向单晶材料的剪切诱导形态转变。
2008-11-14 cond-mat.soft
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
Influence of Confinement on Dynamical Heterogeneities in Dense Colloidal Samples
我们研究了一个封闭在两块准平行玻璃板之间的稠密胶体悬浮体,作为封闭几何中过冷液体的模型系统。利用激光扫描共聚焦显微镜直接观察到胶体颗粒的三维布朗运动。颗粒沿着壁形成致密层,但由于我们使用两种颗粒尺寸的混合物,因此避免了结晶。一个正常的液体样样品,当被限制时,表现出较慢的扩散运动。粒子重排是空间异质性的,重排区域的形状强烈地受分层的影响。这些重新排列的区域在限制后变得更加平坦。壁诱导层和空间非均匀动力学的变化特征似乎与限制诱导玻璃化密切相关。
2012-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Self-assembled multi-layer simple cubic photonic crystals of oppositely charged colloids in confinement
自组装开放胶体晶体由于其广泛的应用前景已成为软物质研究的一个重要方向。然而,实验中发现的大多数自组装晶体不是开放的,而是紧密堆积的。本文通过计算机模拟,系统地研究了两个平行硬壁之间带相反电荷的胶体硬球的自组装,发现这种约束可以稳定多层NaCl类(简单立方)开放晶体。稳定的类NaCl晶体的最大层数随反屏蔽长度的减小而增加。更有趣的是,在有限的低温下,大的振动熵可以稳定一些多层NaCl类晶体对最积极的密集晶体。在所研究的参数范围内,我们发现最多4层NaCl类晶体是稳定的限制。我们的光子学计算表明,逆4层NaCl类晶体已经可以再现大的光子带隙的块体简单立方晶体,在低频率范围内打开与低介电对比度。这表明了利用受限胶体系统制造具有新颖光子特性的开放晶体材料的新可能性。
2019-02-14 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
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
Effects of rigid or adaptive confinement on colloidal self-assembly. Fixed vs. fluctuating number of confined particles
在[J. Pakkalski et al. J. Chem. Phys. 142,014903(2015)]中的大正则方程组(GCE)中精确求解的一维晶格模型中,研究了在固定数量的受限粒子的情况下,受限对胶体自组装的影响。该模型考虑了由短程吸引加上长程排斥定义的对相互作用。我们考虑与自组装成团簇相对应的热力学状态。固定和自适应边界进行了研究。对于固定的边界,有一些特殊的状态,在这些状态中,对于相等的平均密度,GCE中的团簇数量大于正则包围圈中的团簇数量。当系统尺寸随颗粒数的变化而变化时,压力对密度的依赖关系与当颗粒数随系统尺寸的变化而变化时有不同的形式。在前一种情况下,压力对系统尺寸有非单调的依赖关系。膨胀系统压力的异常增加伴随着大量小团簇的形成。在弹性约束面的情况下,我们观察到一个双稳态,即两个显着不同的系统大小发生几乎相同的概率。在封闭系统中的双稳态的机制是不同的情况下的渗透壁,其中两个平衡系统的大小对应于不同数量的颗粒。
2015-04-15 cond-mat.soft
Driven probe under harmonic confinement in a colloidal bath
由光镊或磁镊夹持的胶体已被用于探索复杂介质的局部流变特性,并通过一些适当的协议从波动中提取功。然而,仍然缺乏对限制和与环境相互作用之间的相互作用的一般理论理解。在这里,我们探讨的统计特性的位置限制在一个谐波陷阱中的探针以恒定的速度移动,并与一个浴的胶体粒子保持在不同的温度相互作用。粒子之间的相互作用占系统扰动,其有效性的范围内进行测试,对直接模拟的完整动态。总体而言,我们的研究结果提供了一种方法来预测的驱动和环境对探针的影响,并可以潜在地用于调查与多体相互作用的胶体热机的属性。
2019-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Dynamics of a colloidal particle coupled to a Gaussian field: from a confinement-dependent to a non-linear memory
浸入复杂介质中的胶体粒子的有效动力学通常用过阻尼线性朗之万方程描述其速度,该方程具有确定有效(随时间变化的)摩擦和波动相关性的记忆核。最近,在实验和数值模拟中已经表明,这种记忆可能取决于粒子受到的可能的光学限制,这表明这种描述并不能忠实地捕捉胶体的实际动力学,即使在平衡状态下。在这里,我们提出了一种不同的方法,在该方法中,我们模型的介质作为一个高斯场线性耦合到胶体。由此产生的有效的演化方程的胶体粒子功能的非线性记忆项,扩展以前的模型,并定性地解释了实验和数值证据中存在的限制。这个非线性项是通过一个新的波动耗散关系,我们推导出的有效噪声的相关性。
2022-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chiral twist drives raft formation and organization in membranes composed of rod-like particles
脂筏被假设为促进蛋白质相互作用、张力调节和在生物膜中的运输,但负责其形成和维持的机制尚不清楚。对许多其他凝聚态现象的见解来自胶体系统,其微米级粒子模拟原子和分子的基本性质,但允许单粒子分辨率的动态可视化。最近的实验表明,丝状病毒的双分散混合物可以自组装成胶体单分子膜,具有手性稳定的筏,表现出手性结构和排斥作用。我们定量地解释了这些意见,通过建模的手性液晶的膜颗粒。手性扭曲促进了有限大小的筏的形成,并介导了将它们均匀分布在整个膜上的排斥。虽然这个系统是由丝状病毒的聚集是由葡聚糖depletants,而不是磷脂和胆固醇与突出的静电相互作用熵驱动,胶体和生物膜共享许多相同的物理对称性。手性扭曲可以有助于这两个系统的行为,并可能占分子膜中观察到的某些立体定向效应。
2016-10-31 cond-mat.soft
Relating Microstructure and Particle-level Stress in Colloidal Crystals Under Increased Confinement
晶体材料的机械性能可以在约束条件下得到显著改变。这种改变的宏观性能通常由改变的微观结构和内部应力场控制。在这里,我们使用一个平行板的几何形状,应用准静态挤压流粉碎胶体多晶,同时用共聚焦显微镜成像。共聚焦图像用于量化局部结构顺序,并结合局部结构各向异性应力评估(SALSA),确定单颗粒尺度下的应力。我们发现,在压缩过程中,结晶区打破成不同的几何包装的小域。这些领域的特点是高度本地化的压力和偏应力的相关长度的一半,在散装。此外,平均偏应力几乎加倍,表明在高度受限的样品中具有更高的脆性。
2016-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Colloidal smectics in button-like confinements: experiment and theory
本研究通过实验与理论结合,探索二维胶体层列相在纽扣状约束下的构型,发现广义层状和广义舒布尼科夫态,并表征层与对称轴间的非平凡倾斜角。
2023-08-30 cond-mat.soft physics.comp-ph
Colloidal particles at a nematic-isotropic interface: effects of confinement
当胶体颗粒被一个向列-各向同性的平面界面捕获时,它会被界面拖曳,从而出现空间周期性结构,其周期取决于颗粒的质量、尺寸和界面速度~ \cite{west.jl:2002}。如果将液晶夹在两个基板之间,则界面呈楔形形状,以适应界面-基板接触角并使其正面上的指向矢畸变最小化。相应地,粒子沿着复杂的轨迹运动:它们首先被界面捕获,然后向其顶点“滑行”。我们的实验量化这种情况下,和数值最小化的朗道-德热内自由能允许定性描述的界面结构和阻力。
2006-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inhomogeneous Diffusion in Confined Colloidal Suspensions
本研究通过共聚焦显微镜实验与计算机模拟,定量分析了粗糙壁受限胶体悬浮液的动力学性质,揭示了非均匀扩散等受限印记并探究了表面粗糙度的影响,推进了对受限流体动力学的理解。
2025-04-29 cond-mat.soft
Particle-resolved topological defects of smectic colloidal liquid crystals in extreme confinement
液晶的受限样品的特征在于各种拓扑缺陷,并且可以暴露于外部约束,例如具有非平凡拓扑的极端限制。在这里,我们探讨的内在结构的近晶胶体层之间的相互作用熵和强加的外部拓扑结构。考虑一个环形限制作为一个基本的例子,过多的竞争状态被发现与非平凡的缺陷结构,从层状状态到多个近晶域和阵列的边缘位错,我们称之为Shubnikov状态正式类比的特性的II型超导体。我们的粒子分辨结果是通过热胶体棒的实空间显微镜和基于基本测量的硬各向异性体的密度泛函理论的结合获得的,在定量水平上一致。
2021-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Like-charge attraction in confinement: myth or truth ?
人们普遍认为,可能带电的胶体粒子悬浮在液体中时会相互排斥。这与60多年前发展起来的平均场论完全一致。因此,当几个小组独立地报告了等电荷胶体的对势U(r)中的长程吸引分量时,这是一个很大的惊喜。这种所谓的类电荷吸引(LCA)仅在薄样品细胞中观察到,而在无约束悬浮液中的对相互作用已被实验证实是完全排斥的。尽管有大量的实验和理论努力,LCA仍然是胶体科学中最具挑战性的谜团之一。我们实验重新调查的对电位U(r)的带电胶体粒子与数字视频显微镜,并证明粒子图像中的光学失真导致轻微错误的粒子位置。如果没有适当考虑,这个人工制品假装U(r)的最小值,这在过去被误导地解释为LCA。校正光学畸变后,我们得到完全排斥对相互作用,表现出良好的协议与线性平均场论。
2006-05-04 cond-mat.soft
Phase transitions in nanoconfined binary mixtures of highly oriented colloidal rods
我们分析了一个二元混合物的胶体平行硬圆柱形颗粒具有相同的直径,但不同的长度$L_1$和$L_2$,与$s=L_2/L_1=3$,局限于两个平行的硬壁在一个平面的狭缝孔的几何形状,使用一个基本的-测量密度泛函理论。该模型提出了一阶和二阶N-S体转变和S-S分层的近晶(N)相和两种类型的近晶(S)相,以及在单个硬壁处的表面行为,该表面行为包括由无限数量的表面诱导分层(SIL)转变介导(或不介导)的S相的完全润湿。本文研究了约束对该模型胶体流体混合物的影响。由于三个相关长度尺度之间的竞争,限制导致相图中的深刻变化:孔宽度$h$、近晶周期$d$和长度比$s$。四个主要影响被确定:(i)二阶体N-S跃迁被抑制。(ii)分层转变受到微弱的影响,在$μ_1-μ_2$(化学势)平面上有小的位移。(iii)在某些情况下,发生在两个封闭的单组分流体中的封闭诱导分层(CIL)转变与分层转变合并。(iv)表面诱导分层(SIL)过渡发生在一个单一的表面作为共存条件的做法也转移在封闭的流体。通过完整的$μ_1-μ_2$和$p-\bar{x}$(压力-平均孔隙组成)相图,对特定孔径值的孔径趋势进行了分析。这项工作,这是第一个解决约束下的液晶混合物的行为,可能是相关的第一步,以了解自组装性能的金属纳米粒子的混合物在外部领域的限制几何形状。
2010-05-03 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
Height Distribution and Orientation of Colloidal Dumbbells Near a Wall
几何约束强烈地影响微粒在液体环境中的行为。然而,到目前为止,非球形粒子行为接近限制边界,甚至简单的平面壁,仍然在很大程度上未被探索。在这里,我们测量的高度分布和方向的胶体哑铃以上的墙壁通过数字同轴全息显微镜。我们发现,虽然较大的哑铃几乎平行于墙壁定向,但相同材料的较小哑铃却令人惊讶地以优选角度定向。通过考虑重力效应和静电粒子-壁相互作用,我们确定了作用在哑铃上的总高度相关力。我们的建模表明,在特定的高度,哑铃上的净力和扭矩同时低于热力和能量,分别,这使得观察到的取向是可能的。我们的研究结果突出了丰富的近壁动力学的非球形粒子,并可以进一步促进发展的定量框架任意形状的微粒动力学约束。
2020-12-22 cond-mat.soft
Emergent colloidal edge currents generated via exchange dynamics in a broken dimer state
控制物质的流动到微米级的限制在材料和环境科学中具有核心重要性,直接应用于纳米微流体,药物输送和生物技术。微粒的电流通常由不同性质的外场梯度产生[例如,电的、磁的、光的、热的或化学的],其难以在空间上扩展的区域和样本上控制。在这里,我们展示了一个一般的战略,组装和运输可极化的微粒在流体介质中,通过限制和磁偶极相互作用的组合。我们使用一个均匀的磁调制组装成旋转的二聚体状态和沮丧的二元晶格分散的粒子,并产生集体边缘电流所产生的一种新的,场同步的粒子交换过程。这些动力学状态类似于电子和分子系统中的回旋加速器和跳跃轨道,从而为理解和设计凝聚态物质中不同长度尺度的类似过程铺平了道路。
2019-11-14 cond-mat.soft
A path integral approach for the colloidal glass transition based on an analogy with the $λ$-transition in liquid helium
我们描述了一个模型的胶体玻璃化转变,是基于费曼的理论$λ$转变在液氦。我们的模型基本上计数的动态回路,字符串或不同大小的集群的配置的数量,并确定从这些不均匀性的分布的玻璃化转变体积分数$ϕ_{g}$。由于约束限制了这些环、弦和簇的可用配置数量,因此它对$ϕ_{g}$的影响也可以以相对简单的方式计算。
2017-12-15 cond-mat.soft
Local influence of boundary conditions on a confined supercooled colloidal liquid
我们研究受限的胶体悬浮液作为一个模型系统,它近似的行为受限的小分子玻璃形成。当被限制在平行玻璃板之间时,致密的胶体悬浮液变得更加玻璃化。我们使用共聚焦显微镜来研究受限胶体颗粒的运动。特别是,我们研究的影响颗粒粘在玻璃板上附近的自由粒子。限制似乎是主要的影响,减缓自由粒子的运动,并接近卡住的粒子导致二次减少的自由粒子的流动性。总的来说,颗粒迁移率在样品室的宽度上是相当恒定的,但是边界条件的强烈不对称性导致颗粒迁移率的轻微梯度。
2010-06-30 cond-mat.soft
Microstructural understanding of the length and stiffness dependent shear thinning in semi-dilute colloidal rods
含有低浓度细长胶体棒的复杂流体可以显示出高粘度,而需要很少的流量来稀释流体。这一特征使得细长棒在工业应用和生物学中成为必不可少的成分。虽然这种行为强烈依赖于杆的长度,到目前为止,没有直接的关系可以确定。我们采用了一个图书馆的丝状病毒研究杆的大小和灵活性的零剪切粘度和剪切稀化行为的影响。流变学和小角度中子散射数据进行比较,理想的刚性棒,其中包括一个完整的剪切诱导膨胀的限制的标准理论的修订版。虽然较早预测的长度独立的前因子的限制旋转扩散系数被证实通过改变杆的长度和浓度,修改后的理论正确预测的剪切稀化行为以及潜在的取向顺序。这些结果可以直接应用于了解基于棒状胶体的多种体系和设计新材料。
2019-10-18 cond-mat.soft
Structural and elastic properties of a confined 2D colloidal solid: a molecular dynamics study
利用正则系综的分子动力学模拟方法研究了窄通道中点粒子与$r^{-12}$成正比的反幂律势相互作用对$2d$晶体的禁闭效应.该系统可以描述空气-水界面处的胶体颗粒。它示出的系统特性敏感地依赖于在两个{ \it墙}提供限制的边界条件。壁对其相邻的颗粒施加垂直力。壁和粒子之间的电势以10的倒数幂变化。计算了密度分布、结构因子和取向序参量等结构量。它示出,取向秩序仍然存在附近的墙壁,即使在温度下,系统在散装是在流体状态。讨论了弹性常数、应力张量元、剪切模量和体积模量与密度以及沟道宽度的关系。此外,还讨论了三角网格结构中通道不可通约性的影响。结果表明,不可压缩性显着影响系统的性能。我们比较我们的研究结果得到的蒙特卡罗模拟,也与沿通道宽度的周期性边界条件的情况下。.
2014-09-27 cond-mat.soft
Free Energy Landscape of Colloidal Clusters in Spherical Confinement
有限自组装系统的结构敏感地依赖于组成构件的数量。近年来研究表明,硬球胶体粒子在球形乳液液滴中表现出幻数效应。几何构造规则允许几十个幻数对应于一系列离散的完全填充的同心二十面体壳。在这里,我们调查的自由能景观的这些胶体集群作为一个功能的组成模块的系统大小高达几千个粒子的数量。我们发现,最小的自由能景观,所产生的填充,同心壳的存在下,显着扩大。与它们的原子类似物相比,球形限制中的胶体团簇可以通过在团簇中心有序化二十面体同时改变团簇表面附近的结构来灵活地容纳多余的胶体。在这些幻数区域之间,构建块不能排列成填充壳。相反,我们观察到,缺陷积累在一个单一的楔形,因此只影响少数四面体晶粒的集群。我们预测这个楔形的存在,通过模拟和确认它的存在,在实验中使用电子断层扫描。楔形的引入通过将缺陷限制在簇内的小区域来最小化自由能惩罚。此外,剩余的有序四面体晶粒可以通过破坏二十面体对称性来松弛内部应变。我们的研究结果表明,多种缺陷机制如何相互勾结,形成复杂的自由能景观硬球状胶体集群。
2021-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Langevin Dynamics simulations of a 2-dimensional colloidal crystal under confinement and shear
利用Langevin动力学方法研究了剪切对被结构化平行壁约束的二维胶体晶体的影响。当壁被非常缓慢地剪切时,只有两个或三个靠近壁的晶体层与它们一起移动,而晶体的内层只是轻微地倾斜。在更高的剪切速度下,晶体的内部部分破裂成具有不同取向的几块。穿过狭缝的速度分布让人想起流动的软材料中的剪切带,其中液体和固体区域共存;然而,区别在于,在后一种情况下,固体区域是玻璃状的,而在这里它们是结晶的。在甚至更高的剪切速度下,剪切的影响再次变得更小。此外,当壁面速度变得非常大时,壁面附近的有效温度(从颗粒的速度分布推导出)再次降低。当墙壁放置在一起更紧密,从而引入失配,包含孤子楼梯的结构出现在模拟没有剪切。引入剪切增加了这些系统中的无序,直到没有孤子可见了。相反,类似的结构,如在没有失配的情况下的结果。在高剪切速率下,其中晶体结构的不可破坏性通过产生孔来补偿的构型变得相关。
2012-03-16 cond-mat.other cond-mat.soft
Phase behavior of hard spheres confined between parallel hard plates: Manipulation of colloidal crystal structures by confinement
我们使用大量的计算机模拟研究了两个平行硬板之间的硬球的相行为。我们确定了完整的平衡相图为任意密度和板分离从一个到五个硬球直径使用自由能计算。我们发现一个一阶流固转变,这对应于毛细管冻结或融化取决于板分离。共存的固相由三角形或正方形对称的结晶层组成。增加板间距,我们发现一个序列的晶体结构从n三角形(n+1)平方(n +1)三角形,其中n是晶体层数,在协议的胶体实验。在高密度下,正方形相到三角形相之间的过渡被中间结构介入,例如,棱柱、屈曲和菱形相。
2006-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bi-axial shear of confined colloidal suspensions: the structure and rheology of the vorticity-aligned string phase
利用一种新型的双轴共焦流变仪,我们研究了约束条件下剪切胶体悬浮液的结构和流变性。与以前的工作一致[X. Cheng \textit{et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.},2011,109,63],我们在单轴剪切下在中等浓度的胶体悬浮液中观察到涡旋对齐的弦相。使用双轴剪切协议,我们直接操纵的字符串结构的方向和形态。同时,我们使用双轴力测量装置测量了沿流动和涡度方向的悬浮液流变学。我们的研究结果表明,尽管高度各向异性的微观结构,悬浮液粘度保持各向同性和恒定的剪切速率探索。这些结果表明,流体动力学的贡献占主导地位的悬浮液响应。此外,他们强调双轴共焦流变仪的能力,阐明复杂流体的微观结构和流变学之间的关系。
2013-05-31 cond-mat.soft
Weak Long-Ranged Casimir Attraction in Colloidal Crystals
我们研究了电荷稳定的胶体悬浮液的理想模型的自由能的几何约束的影响。该系统的平均场泊松-玻尔兹曼公式预测大离子胶体球之间的纯排斥。简单离子分布的波动提供了一种机制,使大离子在大的分离处相互吸引。虽然这种Casimir相互作用是长程的,但它太弱而不能影响胶体晶体的动力学。
2001-07-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Malleable patterns from the evaporation of colloidal liquid bridge: coffee ring to the scallop shell
本文重点介绍了一种从液桥配置中的干燥液滴生成对比图案的方法,该方法与众所周知的咖啡环不同。限制距离(固体表面之间的间隙)的减少导致系统化的纳米颗粒团聚产生类似于扇贝壳上发现的那些的发言人样图案,而不是圆周边缘沉积。改变的限制长度调制的曲率,需要在整个液体-蒸汽界面的蒸发通量的变化。因此,不同的液体桥(LB)内的流量变化显着不同的限制长度。小的约束长度导致的粘滑运动的挤压液桥。相反,拉伸的LB表现出钉扎接触线。我们破译一个命题,干燥液体薄膜存在于去湿过程中的三相接触线附近是负责对齐的颗粒沉积。限制距离决定了该薄膜的高度,并且其理论估计针对使用反射干涉测量法的实验观察进行了验证,进一步表现出良好的一致性(在数量级上)。调节颗粒尺寸不会显著影响沉淀物图案;然而,颗粒浓度可以显著影响沉积图案。沉积模式的差异是由于复杂的相互作用的蒸发通量的梯度引起的运动的接触线结合在去湿过程中的薄液膜的干燥。
2022-01-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tunable long range forces mediated by self-propelled colloidal hard spheres
利用布朗动力学模拟方法,系统地研究了二维自推进(主动)胶体硬球悬浮液中两平行硬壁之间的有效相互作用,发现通过改变活性粒子的密度,可以将两硬壁之间的有效作用力从长程排斥力调节为长程吸引力.在相对高的密度下,活性硬球可以形成动态晶体桥,其在壁之间引起强振荡的长程动态润湿排斥。随着密度的降低,动力桥逐渐断裂,出现了一种有趣的长程动力耗尽吸引力。通过改变限制的高度,类似的效果发生在自推进的胶体硬球的准2D悬浮液中。我们的研究结果为利用活性物质操纵微观物体的运动和组装开辟了新的可能性。
2014-12-11 cond-mat.soft
A double rigidity transition rules the fate of drying colloidal drops
本文通过宏观成像与微观动力学测量研究干燥胶体液滴,发现超过蒸发速率阈值后液滴先后经历可逆玻璃化转变和永久颗粒聚集两种刚性转变,并据此提出统一状态图。
2023-08-30 cond-mat.soft
Anisotropic memory effects in confined colloidal diffusion
在流体动力学记忆是显着的时候,一个光学捕获的球附近的壁的运动进行了研究。首先,我们量化,在散装,所产生的限制对球体的速度自相关函数$C(t)$的捕获潜力的影响。接下来,我们研究了当球体朝向表面时,$C(t)$分裂成$C_\parallel(t)$和$C_\perp(t)$。因此,我们监测的交叉,从一个缓慢的$t^{-3/2}$长时间的尾巴,远离墙壁,一个更快的$t^{-5/2}$衰减,由于流体动力学回流和壁效应之间的微妙的相互作用。最后,我们讨论了由此产生的非对称的时间依赖的扩散系数。
2008-05-21 cond-mat.soft
Controlling colloidal phase transitions with critical Casimir forces
临界卡西米尔效应提供了众所周知的量子力学卡西米尔效应的热力学模拟。它作用于浸没在临界二元液体混合物中的两个表面之间,并且是由溶剂的浓度波动的限制引起的。与量子力学效应不同,这种吸引力的大小和范围可以通过溶剂相关长度随温度进行调节,从而为纳米和微米尺度结构的组装提供了新的机会。在这里,我们展示了使用临界卡西米尔力的平衡相的主动组装控制。我们通过精确控制胶体颗粒之间的相互作用,将其引导到分子液体和固体相的类似物中。通过测量临界Casimir粒子对势直接从密度波动的胶体气体中,我们获得洞察液化在小尺度上:我们应用分子液化的范德华模型,并表明,胶体气-液凝聚是准确描述的范德华理论,即使在几个粒子的规模。这些结果开辟了新的可能性,在主动组装控制的微米和纳米结构。
2013-02-20 cond-mat.soft
Dynamic properties of quasi-confined colloidal hard-sphere liquids near the glass transition
由于分层和局部填充之间的竞争而产生的受限流体的复杂行为可以通过考虑准受限液体来解开,其中沿限制方向的周期性边界条件恢复平移不变性。该系统提供了一种手段来调查的限制和当地秩序的相关长度尺度的相互作用。本文提出了准受限液体玻璃化转变的模式耦合理论,并详细阐述了数值实现的有效方法。在MCT的非遍历性参数进行比较,计算机模拟结果为硬球流体。我们评估的非平衡态图,并调查集体中间散射函数。对于这两种方法,非单调行为取决于限制长度观察。
2020-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural Color Production in Melanin-based Disordered Colloidal Nanoparticle Assemblies in Spherical Confinement
黑色素是一种普遍存在的天然色素,具有宽带吸收和高折射率。尽管它广泛用于结构色的产生,但吸收材料黑色素如何影响所产生的颜色是未知的。采用结合分子动力学和时域有限差分计算方法,研究了单组分黑色素纳米粒子超组装体(称为超球)以及黑色素和二氧化硅(非吸收性)纳米粒子超球的二元混合物中结构色的产生.实验产生的单组分黑色素和单组分二氧化硅超球,具有使用中子散射的彻底表征的初级粒子特性,产生类似于计算模拟物的反射率曲线,证实了计算方法正确地模拟了自组装纳米粒子的吸收和多重散射。这些组合的方法表明,黑色素的宽带吸收增加了主反射峰波长,增加了饱和度,并降低了亮度因子。此外,纳米颗粒尺寸的分散性比填充分数更强烈地影响超球的光学性质,如通过当尺寸分散性随填充分数变化时产生更大范围的颜色所证明的。对于二元黑色素和二氧化硅超球,基于化学的分层允许比两种化学之间的混合/分层程度更多样化的颜色生成和更精细的饱和度调节。
2022-07-04 cond-mat.soft physics.optics
Structure and aggregation of colloids immersed in critical solvents
我们考虑一个球形胶体粒子的合奏沉浸在近临界溶剂,如二元液体混合物接近其临界分层点。溶剂的相应序参量的长程波动驱动了相关长度的发散。这些临界波动的胶体溶质颗粒的空间限制,作为空腔中的波动介质,限制和修改的波动谱的方式取决于它们的相对配置。这导致有效的,所谓的临界卡西米尔力(CCF)作用在限制表面上。利用现有的知识,我们研究的结构和稳定性,这样的胶体悬浮液,采用有效的,单组分胶体系统的方法。应用两两相加的CCF近似,我们计算了胶体的径向分布函数,这是实验上可访问的。我们分析了胶体聚集由于CCF,从而暗示了以前的实验研究仍在争论中
2012-01-27 cond-mat.soft
Impact of random obstacles on the dynamics of a dense colloidal fluid
利用分子动力学模拟,我们研究了胶体流体在平衡胶体流体淬火的障碍物矩阵内退火的慢动力学。我们选择所有颗粒具有相同的尺寸并作为硬球相互作用,从而保留多孔限制的所有特征,同时将控制参数限制为基质的填充分数Φm和流体的填充分数Φf。我们进行了详细的调查的几个动态特性,包括标记粒子和集体中间散射函数,均方位移,和范霍夫函数。我们展示了限制性的障碍,以深刻地影响与流体相关的各种量词的松弛模式。改变量词的类型(标记粒子或集体)以及Φm和Φf,我们揭示了不连续和连续逮捕的情况。此外,我们发现次扩散行为,并证明其密切联系的矩阵结构。我们的研究结果部分证实了最近扩展的模式耦合理论的淬火退火协议的各种预测。
2010-10-28 cond-mat.soft
Phasonic Diffusion and Self-confinement of Decagonal Quasicrystals in Hyperspace
我们介绍了一种新的模拟方法,旨在探讨十次对称胶体准晶的相位自由度的波动。具体地说,我们通过蒙特卡罗模拟与粒子运动限制到基本的相位子翻转,达到和消除热平衡的相位子系综。我们发现,在任何温度下,随机平铺系综强烈优于最小相子应变准晶。相位翻转是物理空间中扩散质量输运的主要载体。次扩散瞬变表明在短时间尺度上的合作翻转行为。在互补空间中,粒子的迁移率在几何上被限制在接受域周围的一个薄环中,从而产生自约束和持久的相序。
2019-06-17 cond-mat.soft
Memory effects in colloidal motion under confinement and driving
本文研究正弦势中胶体粒子在稳态驱动下的记忆效应,通过广义朗之万方程和布朗动力学模拟发现中等驱动即可使记忆函数衰减加快数个数量级,且其形式由单调衰减变为阻尼振荡,并揭示了随机力的非高斯性。
2024-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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