非对称耗散导致的Janus颗粒体系自推进行为

来源 :第十一届全国软物质与生命物质物理学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yoyo88420
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  自推进体系是当前软物质相关研究的一个热点,通常自推进物体的持续运动能力主要依赖于与周围环境的非对称相互作用。基于此非对称推进机理,各种微纳尺度的Janus 粒子被设计出来,并用以研究自推进粒子体系的集体动力学行为。不同于微纳粒子体系,宏观颗粒体系通常需要考虑粒子间相互作用过程中的能量耗散,我们提出可以利用非对称的能量耗散来实现颗粒体系的自推进行为。我们设计了双面具有不同恢复系数的Janus 颗粒,通过硬球分子动力学数值模拟研究了其在典型颗粒气体浴中的自推进和集体动力学行为。此类Janus 颗粒的自推进机理是基于动力学层面(kinetic level)的,我们构建了相应的动力学理论,并在低速近似下得到了Janus 颗粒自推进速度的解析结果。我们的研究结果表明,动力学层面的非对称可能导致与粒子宏观属性(如体积、质量)无关的自推进行为,其自推进速度由耗散的非对称性完全决定。我们给出了各种条件下Janus 颗粒自推进速度的数值模拟结果,发现其数值与耗散性差异近似成正比,并与理论预期在定量上能够很好地吻合。另外,我们分析了粒子速度分布偏离麦克斯韦分布和耗散导致的能量不均分性质的影响,并研究了自推进Janus 颗粒自发团簇化的集体运动行为。
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