Feedback-controlled solute transport through chemo-responsive polymer membranes
聚合物膜通常被认为是惰性的，并且在传输过程中对渗透颗粒的通量和密度无响应。在这里，我们从理论上研究膜的响应性和反馈的稳态力-通量关系和膜渗透性的后果，使用非线性反馈溶液扩散模型通过板状膜运输。其中，膜内的溶质浓度取决于本体浓度$c_0$、驱动力$f$和聚合物体积分数$ϕ$。在我们的模型中，溶质在膜中的积累导致聚合物的S形体积相变，改变其渗透性，这反过来又影响膜的溶质吸收。这种反馈导致非线性力-通量关系，$j(f)$，我们量化的系统的微分磁导率，$\mathcal{P}_\text{sys}^Δ\propto {\mathrm{d}j}/{\mathrm{d}f}$。我们发现，膜反馈可以增加或减少溶质通量的数量级，由驱动力的小变化触发，并在很大程度上可调的吸引力与排斥溶质-膜相互作用。此外，控制输入，$c_0$和$f$，可以导致稳态双稳态的$ϕ$和力-通量关系中的滞后。这项工作主张，微调膜的化学反应性将增强非线性传输控制功能，为未来的（自）调节膜装置提供了巨大的潜力。
2022-12-01 cond-mat.soft
Self-assembly of 2D membranes from mixtures of hard rods and depleting polymers
我们阐明的分子力导致组装的二维膜状结构组成的一个杆长厚单层的对齐杆从不混溶悬浮液的硬棒和耗尽聚合物。我们进行模拟预测，单层膜是热稳定的临界杆纵横比以上，低于临界耗尽相互作用长度尺度。在这些条件之外，诸如堆叠的近晶柱或微滴的替代结构是热稳定的。这些预测证实了使用病毒杆状分子和非吸附聚合物的实验模型系统。我们的工作表明，集体分子突起波动本身就足以稳定膜组成的均匀杆与简单的排除体积相互作用。
2011-03-14 cond-mat.soft
Polymer Translocation througha Pore in a Membrane
我们建立了一个新的统计物理模型，聚合物通过膜中的孔易位作为跨越自由能垒的扩散过程处理。我们确定的易位时间在链的灵活性产生的熵垒，以及在跨膜化学电势差和布朗棘轮的驱动机制，如条款。事实证明，虽然化学电势差由于聚合物的长链性质而引起对易位的显著影响，但棘轮抑制了这种影响和链柔性。
1998-02-10 cond-mat.soft
Like-charge polymer-membrane complexation mediated by multivalent cations: one-loop-dressed strong coupling theory
我们探测静电机制驱动的聚电解质吸附到带相同电荷的膜后，加入三价和四价的抗衡离子的洗澡单价盐溶液。我们发展了一个单圈强耦合理论，将一价盐在静电单圈水平和多价抗衡离子在一个强耦合的方法。结果表明，介导同电荷吸附的多价反离子的粘附力来自它们在带电膜上的强烈凝聚。由此产生的界面抗衡过剩局部地最大化电解质的屏蔽能力，并最小化静电聚合物巨势。这转化为吸引力，将聚合物拉向类似电荷的膜。我们表明，高的反价，使这种吸附过渡，即使在弱电荷的膜。此外，强带电的膜引起盐诱导的相关性，并加强界面多价反离子缩合，加强聚合物与带相同电荷的膜的络合作用，以及触发分子的取向转变之前，其吸附。最后，我们的理论提供了两个额外的关键功能，如以前的吸附实验所证明的：第一，聚合物吸附的临界counterweight浓度随counterweight价的上升而下降，第二，单价盐的加入增强了膜电荷的筛选，抑制了盐的相关性。这削弱了界面多价反离子的凝聚，并导致聚合物从基底上脱附。
2019-05-10 cond-mat.soft
Propagation and Relaxation of Tension in Stiff Polymers
我们提出了一个统一的理论，在解决方案中的刚性聚合物的纵向动态响应的各种外部扰动（机械激励，流体动力学流动，电场，温度淬火.）这可以表示为环境/边界条件的突然变化。该理论依赖于对蠕虫链中主链应力的非平衡传播和松弛的综合分析。我们恢复和大幅扩展以前的结果的启发式参数的基础上。有趣的新的实验的影响指出。
2005-03-02 cond-mat.soft
Dielectric manipulation of polymer translocation dynamics in engineered membrane nanopores
通过膜工程技术如碳纳米管（CNT）涂层改变介电膜的性质为用于生物传感目的的新型分子传输策略开辟了道路。在这篇文章中，我们预测的大分子运输机制，使介电操纵的聚合物易位动力学在介电膜孔限制混合电解质。在巨介电常数制度的这些工程膜受吸引力的极化力，多价离子吸附的膜纳米孔触发一价离子分离，并设置一个电渗透逆流。由该流动施加的拖曳力足够强以抑制和反转阴离子聚合物的电泳速度，并且还产生中性聚合物的迁移率，其速度和方向可以仅通过所添加的多价离子的电荷和浓度来调节。这些特征将介电产生的传输机制识别为驱动不能由外部电压控制的总体中性或弱电荷分析物的有效手段。我们还发现，在阴离子聚合物易位，多价阳离子加入到一价盐溶液放大了电流信号的几个因素。信号放大是由静电多体相互作用用具有更高电迁移率的多价阳离子取代单价聚合物反离子引起的。这种电动电荷鉴别的强度指出了多价离子作为电流放大器的潜力，其能够在基于纳米孔的生物传感技术中提供提高的分辨率。
2021-12-15 cond-mat.soft
Crumpling of a stiff tethered membrane
介绍了刚性系留薄膜皱损的第一性原理数值模拟模型。在我们的模型膜，皱纹，脊形成，脊崩溃，以及刚度发散的开始，观察。褶皱的振幅与波长之比以及刚度发散的标度指数与理论和实验结果一致。我们观察到，接近刚度发散出现了一个交叉，超过该交叉的系留膜的弹性行为变得类似于干燥的颗粒介质。这表明，脊形成膜和力链网络形成颗粒填料是不同的表现形式的一个单一的现象。
2003-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity of polymer vesicles by osmotic pressure: an intermediate theory between fluid membranes and solid shells
通过标度分析得到了曲面内聚合物的熵和由聚合物组成的膜的弹性自由能。发现薄膜的弹性自由能具有面内应变能加上Helfrich曲率能的形式[Z。自然的。C \textbf{28}，693（1973）]。通过讨论两种简化模型得到自由能中的弹性常数：一种是没有面内应变且两侧不对称的聚合物膜，它是曲面量子力学的对应物[Jensen和Koppe，Ann. Phys. \textbf{63}，586（1971）];另一种是具有均匀面内应变的平面橡胶膜。采用包含弹性自由能、表面张力能和渗透压诱导项的总自由能的一阶变分，导出了描述渗透压作用下聚合物囊泡平衡形状和面内应变的方程。通过对总自由能的二阶变分求出了球形高分子囊泡失稳的临界压力。研究发现，由于面内模态与面外模态耦合，面内模态对临界压力也有重要影响。理论结果表明，聚合物囊泡具有流体膜和固体壳之间的机械性能的中间。
2005-08-18 cond-mat.soft
Onset of glassiness in two-dimensional ring polymers: interplay of stiffness and crowding
本文通过粗粒化分子动力学模拟二维环形聚合物，揭示刚度与压力共同调控玻璃化转变，并区分柔性环拥挤与刚性环取向成畴两种机制。
2023-06-04 cond-mat.soft
Tube width fluctuations of entangled stiff polymers
刚性聚合物在缠结溶液中的管状笼已被证明具有特征性的空间不均匀性。我们用一个系统的理论来解释这些观测结果，该理论是对D. Morse（Phys.Rev.E63：031502，2001）。用局部的二元碰撞近似（BCA）计算了约束强度的分布，并预测了管半径涨落的大小和分布函数。我们的主要结果是一个独特的缩放函数的管半径分布，与实验和模拟数据吻合良好。
2011-09-29 cond-mat.soft
Nanochannels and nanodroplets in polymer membranes controlling ionic transport
具有低吸水率的聚合物材料表现出高度不均匀的内部，其特征在于纳米液滴和纳米通道形式的水簇。在这里，根据我们最近的见解，从计算机模拟，我们认为，水簇结构有很大的影响，离子传输和选择性渗透聚合物膜。重要的是，我们证明了运输的两个关键量，离子扩散和聚合物内的溶剂化自由能，是非常敏感的水分子团簇的分子细节。特别是，我们强调水滴界面电位的意义和跳跃扩散通过瞬态水通道的性质。这些机制可以被收集和微调，以优化在广泛的应用中的离子传输的选择性。
2021-08-01 cond-mat.soft
Dynamic structure factor of a stiff polymer in a glassy solution
我们提供了一个全面的概述目前的理论理解的动态结构因子的刚性聚合物在半稀溶液的蠕虫状链（WLC）模型的基础上。我们通过计算精确的数值系数和一个自由聚合物的动态均方位移（MSD）的表达式来扩展以前的工作，并比较各种常见的流体动力学相互作用近似，如果要从实验数据中提取模型参数的定量估计，则需要准确地处理这些近似。从而解决了最近关于动态结构因子初始斜率的争论。为了解释聚合物与周围（粘性）聚合物溶液的相互作用，我们分析了WLC模型的扩展，玻璃蠕虫状链（GWLC），它预测近幂律和对数长时间尾巴的动态结构因子。
2008-05-29 cond-mat.soft
Unraveling the glass-like dynamic heterogeneity in ring polymer melts: From semi-flexible to stiff chain
本研究通过分子动力学模拟探究链刚度与单体密度对环形聚合物熔体动静态行为的影响，发现非高斯性随密度和刚度增强，回转半径与密度的关系受链刚度调控，且键断裂动态非均匀性与非高斯性耦合，为理解其动力学机制提供新见解。
2023-08-09 cond-mat.soft
Chain stiffness bridges conventional polymer and bio-molecular phases}
链状分子在工业和活细胞中起着重要的作用。我们的重点是在这里的不同方式建模的刚度固有的链分子。我们考虑三种类型的刚度-一个产生局部弯曲（能量刚度）和其他两个禁止某些类别的链构象（熵刚度）的能量惩罚。利用详细的Wang-Landau微正则蒙特卡罗模拟，我们研究了自吸引链的刚性和基态构象之间的相互作用。我们发现了广泛的基态构象，包括线圈，小球，环形，棒，螺旋，锯齿状链类似$β$ -片，以及打结的构象，使我们能够桥接传统的聚合物相和生物分子相。解析映射之间的持久性长度来自精力充沛和熵刚度。我们的研究明确地表明，不同的刚度发挥不同的物理作用，并有非常明显的影响的性质的基态的构象链，即使他们导致相同的持久性长度。
2019-10-15 cond-mat.soft
Growth of membranes formed by associating polymers at interfaces
本文建立了液-液界面处可逆缔合聚合物膜生长的理论模型，揭示了其受相互扩散控制的机制，并实验验证了PMAA电离度对水凝胶膜生长速率的显著影响。
2024-03-22 cond-mat.soft
Bending stiff charged polymers: the electrostatic persistence length
许多带电的聚合物，包括核酸，是局部刚性的。它们的弯曲刚度-量化的持久性长度-，取决于库仑功能，如离子强度的解决方案，提供了一个方便的实验路线调整刚度。虽然经典的Odijk-Skolnick-Fixman治疗失败的现实参数值，我们推导出一个简单的分析公式的静电持久长度。它被证明是在显着的协议与数值得到的泊松-玻尔兹曼理论的结果，从而充分占非线性，其中反离子凝聚效应。对于双链DNA，我们的工作表明，广泛使用的裸持久长度500 μ m被高估了约20
2016-11-02 cond-mat.soft
Transport in polymer membranes beyond linear response: Controlling permselectivity by the driving force
在流行的溶液-扩散图中，膜渗透性被定义为在线性响应状态下膜内渗透溶质的分配比和扩散率的乘积，即，处于平衡状态然而，具有实际重要性的是由外力驱动的跨膜转运体的通量。在这里，我们研究了非平衡膜渗透编排由一个统一的外部驱动场分子计算机模拟和连续（Smoluchowski）理论在稳态。在模拟中，我们明确地解决了渗透剂的运输通过有限的单体分辨聚合物网络，解决单组分渗透剂系统和混合物。我们介绍和讨论可能的定义的非平衡，力依赖的渗透性，代表“系统”和“膜”的渗透性。特别是，我们提出了第一次定义的微分磁导率响应的力。我们证明，后者原来是显着的非线性低渗透系统，导致大量的选择性渗透率，称为“渗透选择性”，是可调的驱动力。我们的连续水平的分析解决方案表现出显着的定性协议与渗透剂和聚合物解决的模拟，从而使我们能够表征渗透率和稳态传输超出线性响应水平的基本机制。
2021-06-10 cond-mat.soft
Bidisperse ring polymers: topological glass to stacking
通过大规模分子动力学模拟发现，向刚性环形聚合物拓扑玻璃中引入柔性环形聚合物可促使其熔化，并在排阻相互作用驱动下由类团簇玻璃结构演变为堆叠柱状结构。
2023-05-18 cond-mat.soft
AI-Assisted Physics-Informed Predictions of Degradation Behavior of Polymeric Anion Exchange Membranes
本研究开发了结合机理与机器学习的框架，预测聚合物阴离子交换膜在碱性环境中的长期降解行为，从早期数据预测长达万小时的电导率变化，减少实验负担，加速耐用材料设计。
2025-10-14 cond-mat.soft
Polymer Release out of a Spherical Vesicle through a Pore
通过平均首次通过时间方法研究了聚合物在曲面或膜外的迁移。膜曲率对聚合物构象产生约束，这有效地将聚合物驱动到膜外，在膜外聚合物构象波动的可用体积更大。考虑到聚合物从球形囊泡中释放出来，聚合物移位时间$τ$从$R\gg R_G$的$τ\sim L^3$变为$R<R_G$的缩放行为$τ\sim L^2$，其中$L$是聚合物轮廓长度，$R$、$R_G$分别是囊泡半径和聚合物回转半径。还研究了聚合物捕获到球形芽中，并提出了易于捕获的可能装置。
1998-02-10 cond-mat.soft
Elasticity of Stiff Polymer Networks
本文研究了刚性杆的二维随机网络（“Mikado模型”）的弹性。该模型的基本特征是杆的各向异性弹性和网络的随机几何形状。我们发现，有三个不同的标度制度，其特征在于两个不同的长度尺度上的弹性骨干。除了临界刚性渗流区和均匀弹性制度，我们发现一个新的中间标度制度，其中弹性主要由弯曲变形。
2003-03-27 cond-mat.soft
Self-assembly and glass-formation in a lattice model of telechelic polymer melts: Influence of stiffness of the sticky bonds
强相互作用，自组装遥爪聚合物的晶格集团理论（LCT）提供了一个理论工具，使建立自组装聚合物的重要微观分子细节和它们的本体热力学之间的联系。用于遥爪聚合物的自组装的原始LCT考虑完全柔性线性链的模型[J. Dudowicz和K. F. Freed，J. Chem. Phys. \textbf{136}，064902（2012）]，而我们最近的工作通过包括对每个单独的遥爪链内的键的链半柔性的描述而引入了对LCT的显著改进[W. S. Xu和K. F. Freed，J. Chem. Phys. \textbf{143}，024901（2015）]，但遥爪末端之间的物理缔合（或称为“粘性”）键保持为完全柔性。受普遍存在的空间位阻约束赋予额外程度的键刚度（或刚性）的真实遥爪聚合物的关联的启发，本文进一步扩展了LCT，以允许粘性键是半柔性的，但具有不同于每个遥爪链内的刚度。线性遥爪聚合物熔体的Helmholtz自由能的解析表达式提供了这个模型，并说明性的计算证明了显着的影响力的自组装和热力学遥爪聚合物的粘性债券的刚度。还提供了一个简短的讨论的影响，自组装玻璃形成相结合的LCT描述这种扩展模型的遥爪聚合物的结构弛豫时间和构型熵之间的亚当-吉布斯关系。
2016-05-30 cond-mat.soft
Quantifying the trade-off between stiffness and permeability in hydrogels
水凝胶具有机械和水传输行为的独特组合。随着水凝胶的膨胀，它们的渗透性变差。在这里，我们结合半稀释聚合物理论与Kozeny-Carman方程开发一个简单的比例定律描述水力渗透率和机械刚度之间的关系。我们发现，这些属性是由聚合物链间距，解释通过一碗面条汤的类比。我们发现，我们的标度律和实验结果之间非常接近的协议，在四个不同的聚合物家庭与不同的交联。
2022-09-28 cond-mat.soft
Electrostatics of polymer translocation events in electrolyte solutions
我们开发了一个分析理论，占图像和表面电荷之间的相互作用的带电的介电膜和DNA分子易位通过膜。通过中性碳基膜的易位事件是由排斥DNA-图像-电荷相互作用与膜的反式和顺式侧上的DNA片段之间的吸引耦合之间的竞争驱动的。后者的效果是由介电膜的耦合的减少引起的。在强盐溶液中，排斥的图像电荷效应占主导地位的有吸引力的trans-cis耦合，DNA分子遇到的易位势垒约10 kBT。在稀电解质中，反式-顺式耦合接管图像-电荷力，并且膜变成亚稳态吸引点，其可以在长时间间隔内捕获易位聚合物。该机制可用于易位实验，以便通过调节溶液的盐浓度来控制DNA运动。
2016-03-19 cond-mat.soft
Water in a Polymeric Electrolyte Membrane: Sorption/Desorption and Freezing phenomena
全氟磺酸是一种全氟磺化聚合物，广泛应用于质子交换膜燃料电池。该聚合物采用了由疏水性主链和亲水性磺酸基团之间的微观分离产生的复杂结构组织。在水合时出现充满水的通道和空腔，其中释放酸性质子以形成水合氢离子在水中的溶液，其嵌入聚合物基质中。在273 K以下，发生了水的吸附/解吸现象，其原因至今仍是一个悬而未决的问题。进行中子衍射，我们监测的冰形成的数量在吸附/解吸过程中作为温度的函数下降到180 K。在冷却时，我们观察到冰在膜外形成，并以六边形Ih形式结晶。同时，膜收缩和膨胀，导致基质内水合氢离子浓度增加。可逆地，冰融化并且膜在加热时再水合。本文提出了一个冰点随水合氢离子浓度变化的溶液模型来计算结冰量随温度的变化。模型与实验数据之间的定量一致性解释了在水的吸附或解吸过程中观察到的平滑和可逆的行为，指出了现象的起源。所提出的图片调和禁闭和熵的影响。水填充的电解质纳米结构的其他例子，最终讨论，在澄清在低温下的水传输的条件的上下文中。
2013-12-17 cond-mat.soft
Scale-dependent rigidity of polymer-ornamented membranes
我们研究了带有接枝聚合物的流体膜的涨落光谱。与通常的描述相反，我们发现由聚合物引起的改性不能被减少到膜弯曲刚度的重整化。相反，我们表明，pectiented膜表现出的尺度依赖的弹性模量，我们评估。在precentiented层状堆栈，我们进一步表明，这导致修改的Caille参数表征的布拉格峰的幂律奇异性。
2002-03-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer translocation induced by adsorption
我们研究了一个灵活的聚合物的易位通过一个孔在一个膜诱导其吸附在\trans侧的膜。当温度$T$高于$T_c$时，吸附-脱附转变温度、聚合物与膜之间的吸引相互作用在影响聚合物构象方面几乎不起作用，导致移位时间按$τ\sim L^3$缩放，其中$L$是聚合物轮廓长度。然而，当$T < T_c$时，对于足够长的聚合物，易位时间经历了与$τ\sim L^2$的急剧交叉，随后是二级构象（吸附）转变。发现易位时间在$T=T_c'$周围表现出交叉，对于短于临界长度（$N<N_c$）的聚合物，其低于$T_c$。
1998-02-10 cond-mat.soft
Effective medium approach for stiff polymer networks with flexible cross-links
最近的实验表明，在一个灵活的交联剂，如丰富的细胞骨架蛋白细丝蛋白的存在下，在体外网络的生物聚合物肌动蛋白的非线性弹性显着改变。对这种网络的基本原则仍然知之甚少。在这里，我们描述了一个灵活的交联刚性聚合物网络的有效介质理论。我们认为，可以完全归因于熵硬化的交叉链接的响应，而软化由于域展开可以忽略不计。该网络被建模为一个集合的随机定向杆连接的灵活的交叉链接到一个弹性连续。该有效介质被处理在线性弹性限度以及在一个更一般的框架，其中介质自洽地表示非线性网络行为。该模型预测，非线性弹性响应在与交联剂长度成正比且与长丝长度成反比的应变下开始。此外，我们发现，微分模量的比例线性与应力的硬化制度。这些结果与本体流变学数据非常一致。
2008-11-24 cond-mat.soft
Pearling Instabilities of Membrane Tubes with Anchored Polymers
我们研究了主链上带有疏水侧基的亲水性聚合物在中空管状脂质囊泡上引起的珠光不稳定性。结果表明，聚合物浓度与局部膜曲率耦合。珍珠管的弛豫特征在于两个不同的分离的时间尺度，表明两种物理机制。我们提出了一个模型，它解释了所观察到的现象，并预测聚合物分离根据局部膜曲率在后期阶段。
2000-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of chain stiffness on the competition between crystallization and glass-formation in model colloidal polymers
我们绘制出的固态形态形成的模型软珍珠项链聚合物的弯曲刚度的函数$k_b$跨越范围从完全灵活的棒状链。库恩长度与珠直径的比率（$l_K/r_0$）随着$k_b$的增加而单调增加，并且产生将链形状与本体形态相关联的单参数模型，并且产生对各向异性颗粒的堆积的了解。在灵活的限制，单体占据的网站的紧密堆积的微晶，而链保持随机行走般的秩序。在棒状极限，层状前体的典型的有序链与紧密堆积共存。在弯曲刚度的中间值之间的竞争，随机行走，像和无规链有序产生玻璃的形成，$k_b$的范围内，这发生的增加与热冷却速率$|\dot{T}|$在我们的分子动力学模拟实施。最后，介于玻璃形成和棒状范围之间的$k_b$值产生复杂的有序相，例如紧密堆积的螺旋。我们的研究结果应证明是有用的合理设计的致密的胶体聚合物相所需的形态。
2015-02-01 cond-mat.soft
Glassy dynamics in two-dimensional ring polymers: size versus stiffness polydispersity
本研究以二维半柔性环状聚合物组装体为模型，对比30%多分散性下刚度与尺寸多分散性对玻璃态动力学的影响，发现二者通过不同构象变化和结构机制导致动力学减慢，揭示了多分散性性质对软玻璃松弛路径的控制作用。
2025-09-24 cond-mat.soft
Polymers grafted to porous membranes
我们研究了一个单一的灵活的链分子接枝到膜的大小略大于单体大小的孔。在膜的两侧有相同的溶剂。当这种溶剂是好的时，即当聚合物被描述为自避免行走时，它可以相当容易地穿透膜，使得对于链长$N\to\infty$，膜交叉的平均数趋于正常数。在这个极限下，膜两侧的单体平均数是不同的，尽管它们的比例变得无限大。相反，对于不良溶剂，对于大的$N$，整个聚合物位于膜的一侧。对于良好的和θ溶剂（理想的聚合物），我们发现标度律，其指数可以在后一种情况下很容易地理解从随机游动的行为。
2006-08-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Length distribution of stiff, self-assembled polymers at thermal equilibrium
我们研究了自组装的长而硬的聚合物在热平衡下的长度分布。我们的分析是基于计算的配分函数的刚性聚合物的可变长度的弹性制度。我们的结论是，该自组装系统的长度分布密切遵循指数分布，除了在短的长度限制。然后，我们讨论了我们的实验观察到的淀粉样纤维的长度分布的结果的影响。
2012-09-05 cond-mat.soft q-bio.BM
Conformational transitions of a semiflexible polymer in nematic solvents
用平均场论研究了半柔性高分子单链在低分子量液晶溶剂中的构象。我们考虑了刚度和部分取向有序的聚合物。由于聚合物和聚合物分子之间的各向异性耦合，我们预测了一个不连续的（或连续的）相变从凝聚棒状构象的聚合物链的溶胀之一，这取决于聚合物的刚度。我们还讨论了聚合物链段之间的相互作用的影响。
2002-12-05 cond-mat.soft
Continuum theory of swelling material surfaces with applications to thermo-responsive gel membranes and surface mass transport
软膜通常用于形状变形应用中，其中材料被编程以在通过外部触发器激活时实现目标形状，并且作为改变散装材料的表面特性（例如液体的扩散和吸收特性）的涂层。特别地，聚合物凝胶膜在它们的溶剂含量改变时经历溶胀或收缩，并且可以利用非均匀溶胀场来控制它们的形状。在这里，我们开发了一个理论的溶胀材料表面模型的聚合物凝胶膜，并通过数值研究在生物医学，微运动和涂层技术的背景下的应用程序来展示其功能。我们还专门研究了热响应凝胶的理论，这种凝胶是由聚合物制成的，当温度变化时，聚合物会改变它们与溶剂的亲和力。
2016-02-04 cond-mat.soft
Chaotic behavior of ion exchange phenomena in polymer gel electrolytes through irradiated polymeric membrane
通过台式实验研究了离子导电电化学微系统的I-V特性的非线性。它的混沌动力学是第一次被报道，已经被电子电路捕获。制备了聚偏氟乙烯-共-六氟丙烯（PVdF-HFP）凝胶电解质，该电解质由增塑剂（碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯）和盐组成，用于研究离子通过多孔聚对苯二甲酸乙二酯（PET）膜的交换。该体系的非线性是由于聚合物凝胶电解质（PGE）通过多孔膜进行离子交换。不同制度的尖峰和非尖峰混沌运动。突出了可能的应用。
2012-04-18 cond-mat.soft nlin.CD
Selective molecular transport in thermo-responsive polymer membranes: role of nanoscale hydration and fluctuations
对于广泛的现代软功能材料，亚纳米尺寸的分子（“促渗剂”）通过刺激响应性聚合物膜的选择性转运是所需功能的关键。在这项研究中，我们研究了从非极性到极性的分子和离子的反渗透剂在一个矩阵的崩溃聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）聚合物在水中广泛的分子动力学模拟。我们发现，水分布不均匀的分形簇结构嵌入在纳米尺寸的聚合物基体的空隙。纳米聚集的水作为渗透剂扩散的重要参与者，其通过跳跃机制通过“湿”过渡态进行：渗透剂通过由罕见但决定性的聚合物波动打开的瞬态水通道从一个空隙跳跃到另一个空隙。所研究的渗透剂的扩散率延伸超过近五个数量级，从而使一个明确的非斯托克斯，指数依赖的扩散系数的渗透剂的半径不带电的渗透剂的分析比例关系的制定。带电的反离子（离子）在被大的孤立的水分子团簇捕获时表现不同。最后，我们发现大的能量激活障碍跳跃，这显着依赖于水合状态，从而挑战现有的运输理论。
2018-06-19 cond-mat.soft
Dielectric trapping of biopolymers translocating through insulating membranes
通过基于纳米孔的移位技术对生物聚合物进行灵敏测序需要延长分子在孔中所花费的时间。我们发展了聚合物迁移的静电理论，表明迁移时间可以通过聚合物的介电捕获而延长。在稀盐条件下，低介电常数膜和大介电常数溶剂之间的介电对比引起聚合物的顺式和反式部分之间的吸引力相互作用。这种自吸引作用就像一个电介质陷阱，可以将易位时间提高几个数量级。我们还发现静电相互作用导致移位时间$τ$与聚合物长度$L$的分段缩放。在短的聚合物制度$L\lesssim10$ nm的外部漂移力占主导地位的静电聚合物相互作用，易位的特征在于漂移行为$τ\sim L^2$。在中间长度区域$10\;{\rm nm}\lesssim L\lesssimκ_{\rm b}^{-1}$中，其中$κ_{\rm b}$是德拜-休克尔屏蔽参数，介电陷阱接管漂移力。因此，增加聚合物长度导致易位时间的准指数增长。最后，在长聚合物$L\gtrsimκ_{\rm b}^{-1}$的范围内，盐屏蔽导致电介质陷阱的饱和，移位时间随$τ\sim L$线性增长。这种强烈偏离漂移行为突出了静电相互作用在聚合物易位中所起的重要作用。
2018-10-14 cond-mat.soft
Semi-classical buckling of stiff polymers
基于半经典近似的配分函数，提出了一种蜗杆链屈曲的定量理论。热波动的贡献，使超越经典的欧拉屈曲的力-延伸关系推导出在线性和非线性政权以及。结果表明，在非线性屈曲制度的热波动增加的半柔性杆的端到端的距离，如果它被限制到2维，而不是3维的情况下。我们的方法允许一个完整的物理理解屈曲在D=2和D=3以下和以上的欧拉过渡。
2007-04-18 cond-mat.soft
Entangled Dynamics of a Stiff Polymer
刚性生物聚合物的缠结网络表现出复杂的动态响应，来自相邻细丝彼此施加的拓扑约束。我们提出了一类刚性聚合物纠缠动力学的参考模型，并提供了刚性聚合物管概念的定量基础。对于一个无限细的针探索一个平面的过程中的点的障碍，我们已经进行了大规模的计算机模拟证明了从快速的横向平衡到最慢的过程中的取向松弛的约束的标度关系。我们确定了示踪剂的旋转扩散系数，它的角约束，管直径和取向的关联函数。
2008-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Writhing Geometry at Finite Temperature: Random Walks and Geometric phases for Stiff Polymers
研究了有限温度下半柔性聚合物的几何结构。可以根据球面上高斯随机游动的性质来计算蠕动。我们计算了静态和动态的蠕动关联函数。聚合物的蠕动类似于光学和波动力学中研究的几何相或贝里相。我们的结果可以应用于共聚焦显微镜研究的刚性细丝和模拟短的DNA环
2000-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stiffening Thermal Membranes by Cutting
二维结晶膜最近已经在实验上实现了石墨烯和二硫化钼等系统，引发了对它们的统计特性的兴趣。热波动可以显著影响适当热化的膜的有效机械性能，使弯曲刚度和弹性模量重新归一化，使得特别地，它们变得比它们的裸弯曲刚度更难弯曲。我们使用分子动力学模拟来研究如何热化的二维夹持带（杠杆）的力学行为取决于其精确的拓扑结构和几何形状。我们发现，一个简单的狭缝平滑粗糙度测量的高度波动的方差。这种违反直觉的效果可能是由于狭缝的唇缘在带的完整区域中扭转的相反姿势的耦合。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Liquid Crystalline Polymer Vesicles: Thermotropic Phases in Lyotropic Structures
本文综述了近年来液晶聚合物囊泡（聚合物囊泡）的研究进展。液晶聚合物囊泡具有液晶和聚合物这两种基本软物质的性质。一方面，LC聚合物囊泡提供了取向顺序和二维膜的弯曲几何形状之间相互作用的新实例。球形，椭圆形和四面体囊泡进行了讨论。另一方面，LC聚合物囊泡使得能够使用LC嵌段的从均相到各向同性相的分子内构象转变来设计刺激响应性聚合物囊泡。突出显示了光响应聚合物囊泡爆发。
2015-03-04 cond-mat.soft
Buckling of stiff polymer rings in weak spherical confinement
限制是一种通用的和完善的工具，研究聚合物的性质，无论是了解生物过程或开发新的纳米生物材料。研究了半柔性聚合物环在不可穿透壳层的弱球形约束下的构象。我们开发了一个分析参数的主导聚合物的轨迹取决于聚合物的弹性和熵的贡献。进行蒙特卡罗模拟以评估概率密度中的聚合物环构象，并通过形状测量非球面性和非球面性的性质。的平均非球面性和平均性质的非球面性的分析参数的比较证实了我们的推理，以解释聚合物环的构象在刚性政权，弹性响应占上风。
2010-06-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Stiff Polymers, Foams and Fiber Networks
本文研究了由广义刚性聚合物组成的纤维材料的弹性。结果表明，在对比蜂窝泡沫状结构仿射应变场一般是不稳定的。相反，网络的结构和其构建块的弹性性质之间的微妙相互作用导致了具有中间渐近标度制度的有趣的机械性质。我们提出了详尽的数值研究的基础上补充的比例参数的有限元方法。
2005-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The model of stress distribution in polymer electrolyte membrane
建立了一个氢/空气燃料电池多孔水传输板（WTP）聚合物电解质膜（PEM）中机械应力的解析模型。该模型认为膜中的机械应力是恒定氧利用率下电池负载循环的结果。负载循环导致入口气体流速的循环，这导致膜水合/脱水靠近气体入口。膜的水合/脱水导致膜溶胀/收缩，这在受约束的膜中引起机械应力。机械应力导致贯穿平面裂纹的形成。因此，膜中的机械应力导致膜的机械故障，限制了燃料电池的寿命。该模型预测膜中的应力作为细胞几何形状、膜材料性质和操作条件的函数。将该模型应用于GORE-SELECT中的应力计算。
2014-01-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Mechanical properties and microdomain separation of fluid membranes with anchored polymers
采用无网格膜模型结合锚定线性聚合物链，研究了锚定聚合物对生物膜的熵效应。研究了锚定理想高分子链和排斥体积高分子链的弯曲刚度和自发曲率。我们的结果与以前的理论预测是一致的。结果发现，聚合物降低膜边缘的线张力，以及膜域之间的界面线张力，导致微域形成。与在典型的二元流体中观察到的两相混合不同，密集锚定的聚合物使小区域稳定。提出了锚定理想链降低边缘线张力的平均场论，较好地再现了模拟结果。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Turing patterns on polymerized membranes: a coarse-grained lattice modelling with internal degree of freedom for polymer direction
本研究基于带聚合物方向内禀自由度的聚合膜粗粒化模型，结合蒙特卡洛与图灵方程迭代的混合数值方法，发现膜机械变形各向异性的易轴决定图灵斑图方向，且正则蒙特卡洛模拟可捕获非平衡构型。
2025-02-21 cond-mat.soft nlin.PS
Fast Evaporation Enabled Ultrathin Polymeric Coatings on Nanoporous Substrates for Highly Permeable Membranes
衍生自聚合物膜的膜有希望满足快速分离，但目前可用的在多孔载体上生产厚度大大降低的聚合物膜的方法仍然面临挑战。在这里，通过快速溶剂蒸发的简单通用方法实现了无缺陷的超薄聚合物覆盖膜（UPCF）。通过快速蒸发稀释的聚合物溶液，我们实现了多孔基底的完全在顶面上的涂覆（~30 nm），在室温下用聚苯乙烯-嵌段-聚（2-乙烯基吡啶）的嵌段共聚物或在升高的温度下用聚（乙烯醇）（PVA）的均聚物形成UPCF。随后选择性溶胀至嵌段共聚物并交联至PVA，所得双层复合结构用作高渗透膜，在超滤和渗透蒸发应用中提供比具有类似截留率和选择性的现有技术分离膜高约2-10倍的渗透率。这一工作为在多孔基底上可控地制备纳米涂层开辟了一条新的、简便的途径，在膜分离等领域显示出巨大的潜力。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nonaffine rubber elasticity for stiff polymer networks
我们提出了一个理论的弹性交联刚性聚合物网络。刚性聚合物与柔性聚合物不同，是高度各向异性的弹性物体。与机械梁类似，刚性聚合物在弯曲时容易变形，而它们在拉伸力（“拉伸”）方面更硬。与以前的方法不同，网络弹性来自拉伸模式，我们的理论正确地解释了软弯曲响应。一个自洽的有效介质的方法是用来计算宏观弹性模量从微观表征的变形场的“软盘模式”-低能量弯曲激发，保持高度的非亲和性。表征出现的非亲和性的长度尺度由"纤维长度“$l_f$给出，定义为聚合物保持直的尺度。计算的剪切模量的标度特性与最近在二维模型网络中获得的模拟结果非常一致。此外，我们的理论可以应用于合理化散装流变学数据重构肌动蛋白网络。
2007-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer confinement in undulated membrane boxes and tubes
我们考虑量子粒子或高斯聚合物限制在两个表面之间和圆柱与正弦波动。利用变分方法，我们证明了在长波长起伏下，量子机械波方程在这些几何结构中具有较低的基态能量，在这些几何结构中形成凸起，波在凸起中局域化.相应地，高斯聚合物链在波浪形的盒子或管道中获得的熵比在完全平坦或笔直的盒子或管道中获得的熵高。这些现象可以用量子粒子的不确定原理和高斯聚合物的“聚合物限制规则”来解释。如果膜盒或管是柔性的，则建议聚合物引起的波动不稳定性。我们发现，波动的波长在阈值的膜盒的不稳定性几乎是两个壁之间的距离的两倍。令人惊讶的是，我们发现，管的不稳定性开始与较短的波长相比，“瑞利”面积最小化的不稳定性。
2000-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the difference between stiff and soft membranes: Capillary Waves
非结晶凝聚物质（软物质）的一个问题是在弹性和粘性之间建立正确的平衡，称为粘弹性。在日常生活中可以找到这种表现，其中轮胎中的粘弹性需要平衡，因此它仍然是灵活的，可以消散冲击能量，但又足够硬以实现节能操作。同样，关节软骨需要吸收冲击，同时在低水平的摩擦与高弹性操作.具有生物适用性的两个这样的例子是刚性膜，其允许关节滑动并因此在相应个体的寿命（数十年）内保持其功能，以及软化细胞膜，例如在细菌的情况下通过溶解（秒）来实现抗微生物效果。虽然第一种情况应该允许在高弹性下的低摩擦操作，但在第二种情况下，耗散到膜中的能量最终导致膜破坏。在这里，我们解决这两种类型的膜之间的内在差异，不同的刚度和纳秒时间尺度上显示不同的弛豫行为。较硬的膜显示出额外的弹性模式，即毛细血管波，这表明例如软骨或红细胞中所需的高度弹性。这些模式的能量在1微电子伏特的数量级。作为模型系统，我们选择了一个硬的磷脂膜的磷脂酰胆碱脂质和D2O/C10E4/癸烷微乳液系统代表软表面活性剂膜。我们的研究结果有助于解释自然界中观察到的许多膜的性质，其中硬膜润滑关节或保持完好，作为最小毛细血管中的红细胞颗粒，两者都具有极长的寿命。相反，软化的膜在很小的剪切应力下在几秒钟内就很容易被破坏。
2015-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coiling of Cylindrical Membrane Stacks with Anchored Polymers
我们研究实验的螺旋不稳定性的圆柱形多层堆叠的磷脂膜，引起的聚合物与疏水锚沿其亲水性骨干接枝。我们解释我们的实验结果的模型，其中局部膜曲率和聚合物浓度耦合。该模型预测最大紧线圈的发生率高于阈值锚占用。事实上，只有最紧密的线圈观察实验。我们的系统是独一无二的，因为线圈在没有扭曲的情况下形成。
1999-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Tensegrity-Inspired Polymer Films: Progressive Bending Stiffness through Multipolymeric Patterning
本研究受张拉整体结构启发，利用多聚合物图案化技术开发出在弯曲下渐进变硬的聚合物薄膜，其机制为杆件突出产生膜张力及最大曲率区域第二面积矩增加。
2024-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
