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自驱动马达在复杂环境中的设计和介观模拟被引量：1: 2017年; 基于泳机理自驱动的微/纳马达动力学现象十分丰富,相关理论研究属于软凝聚态、统计物理和纳米科技交叉学科新兴的前沿领域.对自驱动马达进行模型设计、探索马达与复杂环境相互作用,具有潜在的应用意义.本文首先介绍了一种高效的介观模拟方法——多粒子碰撞动力学基本方法,以及结合了分子动力学和化学反应的联合算法;接着简要描述了马达基于泳的自驱动机理,并简单回顾了马达数值模拟研究的相关进展;最后概述了应用多粒子碰撞动力学方法对自驱动马达研究的结果,包括广泛地建模与设计,以及马达与复杂活化环境相互作用动力学.; 陈江星杨明成

活性浴中惰性粒子形状对有效作用力的影响: 2024年; 活性物质是典型的非平衡态系统,其组成单元能够利用自身存储的能量或者周围环境的能量实现自驱动.在活性系统中,物体间的受力情况直接影响其结构和动力学行为,因此深入了解物体间的有效作用力是理解活性物质一切复杂现象的基础.本文通过光镊显微镜实验分别研究了活性大肠杆菌溶液中惰性球形聚苯乙烯胶体粒子间和板状粒子间的有效作用力,发现球形粒子间有效作用力的性质一直是短程排斥力,而板状粒子间的有效作用力则为长程吸引力,这说明惰性粒子间的有效作用力受粒子形状的影响.惰性粒子间的有效作用力主要来源于两部分的贡献,即细菌-惰性粒子间的直接碰撞,以及细菌运动产生的流场.在实验上通过对比粒子之间、粒子外侧细菌的浓度和取向有序性发现,球形粒子间的有效排斥力主要来源于细菌-粒子的直接碰撞,而板状粒子间的长程吸引力则主要源于细菌流场的贡献.本文通过光镊显微镜实验证明了惰性粒子间的有效作用力与惰性粒子的几何构型有关,为调控活性物质中的动态自组装提供了实验支撑.; 宁鲁慧张雪杨明成郑宁刘鹏彭毅; 关键词：活性物质光镊

自驱动的Janus微球在具有不同障碍物的表面上的运动行为研究被引量：1: 2019年; 自驱动粒子在靠近边界尤其是平面上障碍物的边界时,会展现出奇特的运动行为.本文通过实验研究了固定于平面上的微米级障碍物的几何效应(包括大小和形状)对双氧水驱动的Janus微球运动行为的影响.实验结果表明,当障碍物尺寸超过临界值后,自驱动的Janus微球会被其“捕获”并沿着其边界定向运动.自驱动粒子在障碍物边界的停留时间及运动速率随着双氧水浓度的增加而增大,且其在圆柱形障碍物边界和球形障碍物边界的停留时间及运动速率均随着障碍物直径的增加而增大.但在相同的双氧水浓度和障碍物直径条件下,自驱动粒子在圆柱边界上的停留时间比其在球形障碍物边界上长;在圆柱边界上的运动速率比在球形障碍物边界上小,揭示了自驱动粒子在障碍物边界上的运动行为与障碍物的几何特性密切相关.本研究有助于进一步理解自驱动粒子在不同大小及形状的障碍物中的运动特征,掌握并利用这些特征在诸如设计特殊几何形状来引导自驱动粒子的运动等领域有很好的应用价值.; 张红宗奕吾杨明成赵坤; 关键词：障碍物

自扩散泳微观转动马达的介观模拟被引量：1: 2016年; 转动的微尺度马达是一类重要的微流器件.近年来,因为其重要的应用及理论价值引起了学术界的广泛关注.本文提出了一种新型的自扩散泳驱动的微观转动马达模型.通过介观动力学模拟,验证了该模型的有效性.模拟结果表明,该自扩散泳微观转动马达可以单向地自驱动转动,并且转动速度和马达表面发生的催化化学反应速率(即自产生的浓度梯度场强弱)、以及液体分子与马达之间的相互作用有关.此外,研究了两个转动马达共存时的运动行为,重点考察了马达之间的流体力学相互作用和浓度梯度场效应对马达转动的影响.该自扩散泳微观转动马达为设计实用的微流器件提供了新的思路和参考,也为研究活性胶体系统的集体行为提供了理想模型.; 沈明仁刘锐厚美瑛杨明成陈科; 关键词：分子动力学模拟

涌现于交叉科学的新方向--活性物质: 2022年; 活性物质是一类由自驱动个体组成的非平衡系统,存在于从宏观到微观的各个尺度,典型例子包括动物群落、细胞组织、微纳米机器、分子马达等。活性物质的组成个体可以通过消耗局域存储的自由能打破细致平衡、实现自驱动运动,同时通过相互作用形成众多的集体行为,比如自发流动、无序—有序相变、运动的拓扑缺陷等。文章聚焦活性物质的集体行为,从理论和实验的角度揭示这些行为的形成机制和非平衡特征,并讨论活性物质研究在生物、数学和工程等学科中的影响和可能应用。; 张何朋施夏清杨明成; 关键词：活性物质非平衡系统统计物理动力学

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杨明成