Three-dimensional Brownian diffusion of rod-like macromolecules in the presence of randomly distributed spherical obstacles: Molecular dynamics simulation
用分子动力学（MD）模拟研究了棒状聚合物在随机分布球形障碍物存在下的布朗扩散。据观察，这些大分子的约化扩散系数对可用体积分数的依赖性可以合理地描述由幂律函数。尽管柔性聚合物的扩散受阻的情况下，其中降低的扩散系数具有对聚合物长度的弱依赖性，但在棒状聚合物的情况下，这种依赖性是明显强的。这些大分子在障碍物的存在下的扩散被观察到在短时间尺度上是异常的，在长时间内是正常的。的异常扩散制度的持续时间被发现，增加非常迅速的聚合物的长度和阻塞的体积分数。这些聚合物的扩散动力学的观察，跨越从劳斯爬行类型的障碍物的密度增加。
2010-12-06 cond-mat.soft
Mechanically Interlocked Polymers in Dilute Solution under Shear and Extensional Flows: A Brownian Dynamics Study
Wayne State University（韦恩州立大学）
本研究通过布朗动力学模拟，探讨了机械互锁聚合物在剪切和拉伸流中的流变学特性，揭示了机械键对流体响应的影响。
2025-12-18 cond-mat.soft
Brownian cluster dynamics with short range patchy interactions. Its application to polymers and step-growth polymerization
我们提出了一种新的模拟技术，来自布朗集团动力学迄今为止用于研究各向同性胶体聚集。它现在实现了经典的Kern-Frenkel势来描述粒子之间的斑块相互作用。这种技术可以访问系统的静态属性，动态和动力学，甚至远离平衡。粒子的热运动建模使用数十亿个独立的小的随机平移和旋转，被排除的体积和连接的约束。该算法，适用于一个单一的聚合物链导致正确的静态和动态特性，在框架中，流体动力学相互作用被忽略。通过改变贴片角，可以获得不同的链柔性。我们已经使用这种新的算法来模拟各种溶剂质量下的逐步增长聚合。聚合反应是由补丁之间的不可逆聚集建模，而各向同性的有限方阱电位叠加，以模仿溶剂的质量。在不良溶剂条件下，发生相分离（由于各向同性相互作用）和聚合（由于斑块）之间的竞争。令人惊讶的是，一个结构非常奇特的被捕网络出现了。它由线和节点组成。链聚集了一些伸展的链，这些链陷入纠缠的球形节点。这些节点充当股之间的网状点。该系统是动力学驱动的，我们观察到一个被困逮捕的结构。这证明了这种新的模拟技术的优势之一。它可以提供有价值的见解机制，可能参与形成的链凝胶。
2014-04-15 cond-mat.soft
Slowing down of ring polymer diffusion caused by inter-ring threading
长环聚合物在熔体中的扩散比其内部结构的重组慢得多。虽然在长环聚合物中没有观察到缠结的直接证据，但与线性聚合物熔体不同，环之间的螺纹被怀疑是环聚合物扩散减慢的主要原因。然而，由于两个环没有链端，因此难以限定两个环之间的螺纹构造。在这项工作中，通过使用分子动力学模拟和应用一种新的分析方法，环状聚合物的螺纹动力学的证据。模拟结果进行了分析的持久性和交换时间，已被证明是有用的研究玻璃态系统的非均相动力学的统计。我们发现环状聚合物熔体的穿线时间随聚合度的增加比线性聚合物熔体的快。这表明，螺纹环聚合物不能扩散，直到脱螺纹事件发生，这导致环聚合物扩散减慢。
2015-10-20 cond-mat.soft
Reaction kinetics of coarse-grained equilibrium polymers: a Brownian Dynamics study
自组装的线性结构如巨大的圆柱形胶束或在溶液中堆积在柔性柱中的分散分子是多分散聚合物溶液的系统，这些超分子聚合物具有平衡的长度分布，这是链的随机断裂和链的融合之间竞争产生更长链的结果。在目前的工作中，我们回顾了这些“平衡聚合物”的基本理论概念和一些重要的模拟方法所获得的结果。我们提出了一个新的版本的介观模型在连续空间的基础上珠和FENE弹簧聚合物模型，这是由布朗动力学和Monte-Carlo绑定/非绑定可逆变化的相邻单体在空间中，其特征在于由一个尝试频率参数。对于一个稀释和一个适度的半稀释状态点，这两个对应于动态非纠缠制度，动力学性质被发现依赖于$ω$通过有效寿命$τ_b$的平均尺寸链，反过来，产生的平均场动力学模型的动力学反应系数由Cates。简单的动力学理论似乎工作时间$ t \geq τ_b$，而在较短的时间，观察到强的动力学相关效应。
2006-04-11 cond-mat.soft
Super-stretchable Elastomer from Cross-linked Ring Polymers
聚合物材料的可拉伸性对于许多应用例如可拉伸电子器件和软机器人来说是至关重要的，然而常规交联线性聚合物的可拉伸性受到聚合物链之间的缠结的限制。我们使用分子动力学模拟，交联环聚合物是显着更可拉伸的交联线性聚合物。与线性聚合物相比，环状聚合物之间的缠结不起有效交联的作用。因此，交联环聚合物的拉伸性由交联之间的聚合物链的最大延伸决定，而不是如交联线性聚合物中那样由缠结之间的聚合物链的最大延伸决定。环聚合物在变形之前的更紧密的构象也有助于拉伸性的增加。
2022-01-25 cond-mat.soft
Bidisperse ring polymers: topological glass to stacking
通过大规模分子动力学模拟发现，向刚性环形聚合物拓扑玻璃中引入柔性环形聚合物可促使其熔化，并在排阻相互作用驱动下由类团簇玻璃结构演变为堆叠柱状结构。
2023-05-18 cond-mat.soft
The viscosity radius in dilute polymer solutions: Universal behaviour from DNA rheology and Brownian dynamics simulations
膨胀的粘度半径，$α_η$，和通用粘度比，$U_{ηR}$，已被确定为线性DNA分子在稀溶液中过量盐的实验，和数值布朗动力学模拟，作为溶剂质量的函数。在后一种情况下，渐近参数自由预测已获得外推模拟数据有限链的长链限制。实验和模拟表明，$α_η$和$U_{ηR}$从$θ$到良溶剂的通用交叉与合成聚合物-溶剂系统的早期观察一致。动态粘度半径的溶胀从所观察到的静态回转半径的溶胀之间的显着差异，示出产生的流体动力学相互作用的存在下，在非排水限制。$α_η$和$U_{ηR}$的模拟值与先前报道的合成聚合物溶液中的实验测量值以及本文报道的线性DNA溶液中的测量值非常一致。
2014-10-14 cond-mat.soft
Translational Diffusion of Polymer Chains with Excluded Volume and Hydrodynamic Interactions by Brownian Dynamics Simulation
在Kirkwood理论中，我们研究了单个高分子链在稀溶液中的平移扩散系数，并着重讨论了短时Kirkwood值$D^{(K)}$与渐近长时值$D$之间的微小差别.我们用高精度的大尺度布朗动力学模拟计算了这个修正项，并表明它与严格变分结果$D < D^{(K)}$和重新导出的Fixman的Green-Kubo公式完全一致.这解决了由早期数值结果引起的难题（Rey { \em et al.}，Macromolecules 24，4666（1991）），这似乎表明了$D > D^{(K)}$ ;较旧的数据显示出不足以解决这个问题的统计准确性。然后，我们讨论了绿色-Kubo积分的一些细节。这个函数的行为非常不同的预平均与波动的流体动力学，所示的初始值的分析考虑证实的数值结果。我们还提出了进一步的数值数据链的静力学和动力学。
2003-01-30 cond-mat.soft
Brownian non-Gaussian polymer diffusion and queing theory in the mean-field limit
我们将聚合物质心的布朗非高斯扩散与微观原因联系起来：聚合物与单体恒化器接触时发生的聚合/解聚现象。反常行为是由聚合物临界点触发的，在巨正则系综中分离稀相和密相。在平均场的限制，我们建立联系与排队论，并表明，峰度的聚合物质心发散一样的响应函数时，系统变得临界，结果持有一般聚合物动力学（齐姆，劳斯，爬行）。平衡态和非平衡态行为的精确求解为新型随机建模和实验装置的研究提供了参考。
2022-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Study of Active Brownian Particle Diffusion in Polymer Solutions
采用Langevin动力学方法研究了活性布朗粒子在聚合物溶液中的扩散行为。我们发现，长时间的扩散系数$D$可以显示出非单调的依赖于颗粒尺寸$R$，如果主动力$F_{a}$是足够大的，其中一个较大的颗粒将扩散速度比一个较小的，这是相当违反直觉的。通过分析的短时间动态相比，被动的，我们发现，这种非平凡的依赖性的结果从ABP的持久性运动和长度尺度依赖的有效粘度的颗粒在聚合物溶液中经历的竞争。\textcolor{black}{We have also introduced an effective viscosity $η_{\text{eff}}$ experienced by the ABP phenomenologically. Such an active $η_{\text{eff}}$ is found to be larger than a passive one and strongly depends on $R$ and $F_{a}$} \textcolor{magenta}{.}另外，我们还发现在固定的$R$下，$D$对推进力$F_{a}$的依赖关系呈现出良好的标度形式，标度因子随$R$的变化而非单调变化。结果表明，活性相对纳米粒子在复杂溶液中的扩散起着相当微妙的作用。
2018-01-10 cond-mat.soft
Cross-stream migration of a Brownian droplet in a polymer solution under Poiseuille flow
采用耗散粒子动力学方法研究了布朗流体液滴在平行平板微通道中的迁移行为。在牛顿溶剂中，液滴由于惯性效应在所研究的流动条件下向通道壁迁移，与理论预测和最近的模拟一致。然而，当聚合物链被添加到溶剂中时，液滴聚集到通道中心线上。由于液滴和聚合物的可变形性，较长的聚合物和较高的聚合物浓度具有非平凡的流速依赖性，通常会增强聚焦。布朗运动导致液滴位置波动，其分布主要取决于将液滴向外推动的惯性升力与来自聚合物的将其向内驱动的弹性力之间的平衡。液滴形状受局部剪切速率的控制，因此其平均形状取决于液滴的分布。
2018-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stochastic Interactions of Two Brownian Hard Spheres in the Presence of Depletants
本文对非吸附性高分子溶液中布朗硬球对的随机相互作用进行了定量分析。硬球假设被光学镊子捕获，并允许在捕获位置附近进行随机运动。研究了长时间关联的布朗运动。迁移率张量由聚合物耗尽效应改变计算的边界积分方法，和相应的随机位移是由波动耗散定理确定。从我们的计算结果可以看出，与纯溶剂和纯聚合物溶液（无耗尽）的情况相比，硬球周围耗尽层的存在对流体动力学相互作用和粒子动力学有显着的影响。由于聚合物耗尽效应，被捕获的两个相互作用的硬球的随机行走的概率分布函数明显地发生了变化。结果表明，球体周围耗尽层粘度的降低以及耗尽区重叠产生的熵力对相关布朗相互作用有显着影响。
2014-01-30 cond-mat.soft
Brownian and fractional polymers with self-repulsion
本文通过将线性均聚物建模为布朗或分数阶过程，提出了一种考虑溶剂相互作用及任意聚合物-聚合物势和吉布斯因子的形式体系，并计算了平均平方长度以与不同因子比较。
2024-08-21 cond-mat.soft math-ph math.MP
Evaluating the Applicability of the Fokker-Planck Equation in Polymer Translocation: A Brownian Dynamics Study
布朗动力学（BD）模拟用于研究粗颗粒聚合物通过圆柱形纳米孔的移位动力学。我们考虑短聚合物的情况，聚合物长度N在N=21-61的范围内。移位速率由纳米孔内单体的可调摩擦系数gamma_{0p}控制。在非受迫移位的情况下，平均移位时间与聚合物长度N成比例为<tau_1>~（N-N_p）^α，其中N_p是纳米孔中单体的平均数量。当孔隙摩擦足够高时，指数接近值α =2，这与孔隙摩擦占主导地位的准静态制度的情况下的预测一致。在强制移位的情况下，对于低gamma_{0p}，聚合物链分别在顺式和反式侧拉伸和压缩。然而，对于足够大的gamma_{0p}，链接近构象准平衡。在此极限下，观察到<tau_1>的驱动力和链长的缩放支持FP预测，其<tau>与足够强的驱动力的N/f_d成比例。蒙特卡罗模拟用于计算系统的易位自由能函数。自由能与Fokker-Planck方程一起用于计算易位时间分布。在足够高的gamma_{0p}，预测的分布是在良好的协议从BD模拟计算。因此，FP方程为这里考虑的聚合物长度范围的足够高的孔摩擦提供了易位动力学的有效描述。增加N将需要孔隙摩擦力的相应增加，以保持FP方法的有效性。在低N和高孔隙摩擦的范围之外，聚合物不平衡，FP方法无效。
2014-03-28 cond-mat.soft
Segregated structure of ring polymer melts near the surface: Molecular dynamics simulation study
我们使用分子动力学模拟研究了限制在薄膜中的环状聚合物熔体的结构特性，并与线性对应物进行了比较。在表面附近的环和线性聚合物的局部结构排序是彼此相似的，因为表面-单体排除体积相互作用的长度尺度小于环的理想斑点的大小。在一个长的长度尺度，而Silberberg假设可以用来提供一个物理起源的限制线性聚合物的结果，它不再适用于一个环聚合物的情况。我们还提出了不同的结构性能的环状和线性聚合物在熔体中，包括聚合物的大小，吸附量，和聚合物的配位数。我们的观察表明，一个封闭的环在熔体中采用高度分离的构象，由于拓扑排除体积排斥，这可能提供一个新的视角来理解生物过程的本质，如真核细胞核中染色体的领土分离。
2015-10-20 cond-mat.soft
Ring Polymers: Threadings, Knot Electrophoresis and Topological Glasses
阐明环状聚合物的浓悬浮体或复杂环境中环状聚合物系综的物理性质是高分子物理中一个重要的悬而未决的问题。这些系统的许多特征是由于聚合物之间或聚合物与环境之间的拓扑相互作用而产生的，并且定量描述这一点通常具有挑战性。在这里，我们回顾最近的研究表明，一个关键的作用是由环间螺纹（或渗透），这变得更加丰富的环大小的增加。正如我们所讨论的，这样的线程的物理后果是深远的：例如，它们会导致一个拓扑驱动的玻璃状行为的环聚合物熔体下钉扎扰动，而他们也可以占实验观察到的DNA结的二维凝胶电泳图案的形状。
2017-08-08 cond-mat.soft
Ring polymers in crowded environment: conformational properties
我们分析了在d维结构障碍（杂质）的存在下，柔性环聚合物在溶液中的通用尺寸特性。当考虑凝胶、胶体溶液、细胞内和细胞外环境中的聚合物时，人们会遇到这种情况。考虑了扩展杂质在大距离r上按幂律\sim r^{-a}关联的特殊情况。应用直接聚合物重整化方案，对典型环状聚合物构象的平均回转半径$\langle R_{g\,{\rm ring}} \rangle$和生成半径$\langle R_{1/2\,{\rm ring}} \rangle$进行了估计，直至\varepsilon =4-d，δ=4-a展开的一级展开.我们的结果定量地揭示了在无序环境中闭环大分子的有效尺寸和各向异性的程度。特别地，当增加根据$\langle R^2_{g\,{\rm ring}} \rangle / \langle R^2_{g\,{\rm chain}} \rangle =\frac{1}{2} \left(1+\frac{13}{48}δ\right)$的无序强度时，相同分子量的环状和开放（线性）聚合物的尺寸比增加。
2014-08-20 cond-mat.soft
Molecular Dynamics Simulation Study of Nonconcatenated Ring Polymers in a Melt: I. Statics
采用分子动力学模拟研究了非级联环状聚合物熔体的结构性质，并与线性聚合物熔体进行了比较。最长的环由N=1600个单体/链组成，这对应于可比较的线性聚合物的大约57个缠结长度。对于环，发现回转半径的平方与N的4/5次方成比例，对于中间状态，与N的2/3次方成比例，对于较大的环，表明整体构象为褶皱的小球。然而，几乎所有的环珠是“表面珠”与其他环珠相互作用，结果也与以下论文（DOI：10.1063/1.3587138）中进行的原始路径分析一致。详细的环和线性聚合物以及它们的包装的内部构象特性进行了分析，并与目前的理论模型。
2011-04-29 cond-mat.soft
Rheology of Ring Polymer Melts: From Linear Contaminants to Ring/Linear Blends
环状聚合物仍然是我们目前对聚合物动力学的理解的一个主要挑战。由于样品纯度和分散性的不确定性，实验结果很难解释。使用平衡和非平衡分子动力学模拟，我们已经系统地研究了结构，动力学和流变学的完全控制的环/线性聚合物共混物与链的长度和灵活性，缠结的数量是高达约14每链，这是在文献中研究的实验系统。线性污染物使这些链长的环状聚合物熔体的零剪切粘度增加10%的最小浓度约为其重叠浓度的五分之一。当两种结构以等量存在时，共混物的粘度大约是纯线性熔体的粘度的两倍。在此浓度下，环的扩散系数被发现显着降低，而线性聚合物的静态和动态性能大多不受影响。我们的研究结果是支持一个原始的路径分析。
2011-12-15 cond-mat.soft
Universal size properties of "star-ring" polymer structure in disordered environment
我们考虑在存在结构不均匀性的良溶剂中，由连接到$f_1$支化星状结构的环状聚合物组成的复杂聚合物体系。我们假设，结构缺陷相关的大距离$x$根据幂律$~x^{-a}$。应用直接聚合物重整化方法，我们评估的通用尺寸特性，如旋转半径的比率的星环和星拓扑结构，并比较在复杂的结构和孤立的聚合物的相同的总分子量的有效尺寸的单个分支。无序对这些量的非平凡的影响进行了分析。
2018-01-29 cond-mat.soft
Measurement of the hydrodynamic forces between two polymer-coated spheres
布朗球之间的流体动力学力的测量相关的热波动的粒子位置使用一种新的方法，两粒子互相关光谱（TCS）。使用光学陷阱将一对1.3 μ m直径的聚合物涂覆的聚（甲基丙烯酸甲酯）保持在2 μ m和20 μ m之间的间隔。迁移率张量直接从两个球的纵向平均布朗涨落确定。所观察到的迁移率张量的距离依赖性与低雷诺数计算定量一致。
2000-12-14 cond-mat.soft
Mechanical Properties of End-crosslinked Entangled Polymer Networks using Sliplink Brownian Dynamics Simulations
用多链布朗动力学模拟研究了同时含有交联和滑移链（缠结）的聚合物网络的力学性质。我们在连接连续节点（交叉链接或滑动链接）的链段级别进行粗粒度处理，特别注意网络的高斯统计。节点的仿射位移不是强制的：它们的位移以及单体通过滑动链的滑动由力平衡控制。模拟结果的应力在单轴拉伸和全应力张量在简单的剪切，包括（非零）的第二法向应力差的单分散链与多达18个缠结之间的两个交联。考察了两种不同单体数（no = 50和no = 100）的子链（高斯链和有限伸长链）的两种不同力定律的情况。它示出的滑动和交联贡献的加和性假设持有足够长的链与两个或更多的纠缠，并且它可以被用来构建无限长链的网络的应变响应。一个重要的结果是，sliplink的贡献的小应变剪切模量是约的交联的贡献。
2006-02-20 cond-mat.soft
Effects of chain length on Rouse modes and non-Gaussianity in linear and ring polymer melts
采用Kremer-Grest珠-弹簧模型对环状聚合物熔体的动力学行为进行了分子动力学模拟。通过改变链长，与线性聚合物进行比较，进行劳斯模式分析。通过量化Rouse弛豫时间的链长依赖性，在环状聚合物中观察到Rouse样行为，而在线性聚合物中观察到从Rouse到爬行行为的交叉。进一步分析了单体珠粒位移和链质心位移的非高斯参数。结果表明，环状聚合物的非高斯性被显著抑制，长链下的质心动力学略有增长，而线性聚合物的单体珠和质心动力学均有所增长.
2021-09-16 cond-mat.soft
Petascale Brownian dynamics simulations of highly resolved polymer chains with hydrodynamic interactions using modern GPUs
布朗动力学模拟相当长的，高度详细的聚合物链，在一个单一的库恩步骤的分辨率，仍然是计算上的禁止，即使在现代处理器上。当链上的珠粒经历流体动力学相互作用（HI）时尤其如此，这需要在每个时间步使用诸如大矩阵的Cholesky分解的方法。在这项研究中，我们进行Petascale BD模拟，HI，相当长的和高分辨率的聚合物链在现代GPU上。我们的研究结果清楚地强调了使用弹簧连接珠子的典型模型的不足之处。在这篇手稿中，首先，我们提出了一个高度可扩展的，并行的混合代码上实现的GPU的BD模拟解决到一个单一的库恩步骤链的细节。在这个使用CUDA和MPI的混合代码中，我们使用Cholesky分解方法合并了HI。接下来，我们验证了GPU的实现广泛与理论预期的聚合物链在平衡和流动的结果，在没有HI。此外，我们的研究结果在流动与HI显示显着不同的时间变化的拉伸，在启动拉伸和剪切流，相对于传统的珠弹簧模型。在所有的情况下调查，合奏平均链拉伸远低于珠弹簧预测。此外，非常值得注意的是，我们的GPU实现显示了$\sim$ $N^{1.2}$和$\sim$ $N^{2.2}$的计算时间的缩放，分别用于最现代的可用GPU中的较短和较长的链，这明显低于理论上预期的$\sim$ $N^{3}$。我们希望我们的方法和结果为进一步分析流场中的聚合物物理铺平道路，具有长且高度详细的链模型。
2022-08-13 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
Dynamics of Active Polar Ring Polymers
研究了孤立的半柔性活性极环聚合物的构象和动力学性质。环被建模为连续高斯聚合物暴露于切向主动力。线性非厄米运动运动方程的本征函数展开的解析解表明，环的构象是独立的活动。相反，活动强烈影响内环动力学和产量的特征时间制度，这是不存在的被动环。在中间的时间尺度上，柔性环表现出活动增强的扩散制度，而半柔性环表现出弹道运动。此外，第二个活跃的时间制度出现在较长的时间尺度上，环显示蛇形运动，这是让人想起坦克踩踏旋转动力学剪切流，占主导地位的模式与最长的弛豫时间。
2022-06-21 cond-mat.soft
Threading Dynamics of Ring Polymers in a Gel
我们进行大规模的三维分子动力学模拟的未连接和unknotted环聚合物扩散通过背景凝胶，这里是一个三维立方晶格。利用这种架构，我们提出了一种新的方法来明确识别和量化环间线程（渗透），并将这些与环聚合物的动态。我们发现，无论是线程的数量和持续时间的增加与链的长度，最终导致一个扩展网络的环间渗透。我们讨论了这些研究结果的可能出现的拓扑堵塞状态的非常长的环的影响。
2014-06-30 cond-mat.soft
"Cracking-the-whip" effect stretches driven polymers
鞭子的劈啪声加速了链条的尾部，使其响亮而清晰地击打在空气中。我们证明了类似的加速度效应会导致被驱动的链状聚合物的卷曲变形。我们首先进行蒙特卡罗模拟的单一驱动聚合物线圈，以证明其变形公司与速度的更快或更慢的偏差。然后，我们进行了并行的布朗动力学模拟，以证明线圈变形可以由所谓的“鞭裂”效应引起，由于在蒙特卡罗模拟中继承的单体的非同步偏置布朗运动。由于这种非同步运动代表随机扰动的环境依赖的势能景观或流动性，反映在液相中的聚合物的异质动力学，我们的观察带来了新的见解驱动链状聚合物的非线性动力学。
2013-12-10 cond-mat.soft
Universal scaling of conformations of tangentially driven ring polymers
Istituto Applicazioni Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（计算应用研究所，意大利国家研究委员会）；Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（先进模拟研究所，于利希研究中心）
研究切向驱动环形聚合物构象，通过布朗动力学模拟，用与活性相关的弗洛里指数普遍表征其标度性质，高活性下有效持久长度可表征活性柔性环构象。
2026-07-13 cond-mat.soft
Simulation of semidilute polymer solutions in planar extensional via conformationally averaged Brownian noise
浓度，流量，流体动力学相互作用（HI）和拓扑结构之间的相互作用，在强流中的半稀释聚合物动力学的特点是具有挑战性的。布朗动力学（BD）模拟是特别有价值的，作为一种方式来直接可视化分子相互作用如何出现在这些系统中;然而，BD模拟往往是计算有限的需要通过分解的扩散张量计算相关的布朗噪声。以前，我们已经介绍了一个迭代的构象平均（CA）的BD模拟绕过这些限制，通过预平均HI和布朗噪声在迭代过程中的方法。在这项工作中，我们推广的CA方法，流动的半稀释液的解决方案，通过引入一个构象依赖的扩散张量和应变依赖近似的构象平均布朗噪声。我们发现，这种方法几乎定量再现了瞬态和稳态聚合物动力学和流变学，同时实现了一个数量级的计算加速。然后，我们利用CA方法来研究在平面拉伸流动的聚合物动力学的浓度和流速依赖性。我们的研究结果与以前的实验和模拟研究是一致的，并提供了一个详细的查看广泛的构象分布在semidilute制度。我们观察到在稳态下拉伸和卷曲状态之间的相互转换，我们推测这是由于浓度对构象依赖的聚合物阻力的影响而发生的。此外，我们观察到瞬时流动诱导的分子间钩在启动的流动，导致不同的和独特的拉伸途径。
2019-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Measuring topological constraint relaxation in ring-linear polymer blends
本文利用Gauss linking integral高效评估环-线型聚合物共混物中拓扑约束的弛豫，发现多数为线型共混物的弛豫速率主要取决于线型聚合物的reptation，并给出了环扩散时间的标度律。
2024-04-23 cond-mat.soft
Self-Avoidance Governs Re-entrant Coil-Globule Transition of Inertial Active Brownian Ring Polymers
Indian Institute of Science Education and Research, Bhopal（印度科学教育研究学院博帕尔分校）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
本研究通过朗之万动力学模拟，揭示了转动惯性驱动活性布朗环形聚合物的重入式线团-球转变，明确了自回避与活性力极化在该转变中的关键作用，为控制活性聚合物坍缩提供了新机制。
2026-10-19 cond-mat.soft
Brownian motion of flexibly-linked colloidal rings
与线性聚合物相比，环状聚合物具有独特的性质，这是由于它们的拓扑封闭结构没有起点或终点。由于分子量的多分散性和不期望的副产物如链的存在，对分子环聚合物的实验测量具有挑战性。在这里，我们研究了环状聚合物的实验模型系统，该系统由$n$ =4的柔性连接的微米级胶体环组成。8个部分。我们表征这些灵活的胶体环的构象，并发现它们是自由连接的空间限制。我们测量它们的扩散行为，并将其与流体动力学模拟进行比较。有趣的是，与胶体链相比，柔性胶体环具有更大的平移和旋转扩散系数。与链相反，它们的内部变形模式显示出对于$n\lesssim 8$的较慢的波动和对于较高的$n$值的饱和。我们表明，来自环结构的限制，导致这种减少的灵活性小$n$，并推断预期的缩放的灵活性作为环的大小的函数。我们的发现可能对合成和生物环状聚合物的行为以及松软胶体材料的动力学模式产生影响。
2022-09-27 cond-mat.soft
Entropic alignment of topologically modified ring polymers in cylindrical confinement
IISER-Pune（印度科学教育与研究所浦那分校）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）
研究通过引入环状聚合物内部环路实现其在圆柱约束中的熵学对齐，揭示了柔性聚合物中熵相互作用诱导的定向相互作用机制。
2025-11-16 cond-mat.soft
Molecular Dynamics Simulation Study of Nonconcatenated Ring Polymers in a Melt: II. Dynamics
采用分子动力学模拟研究了非级联环状聚合物熔体的动力学性质，并与线性聚合物熔体进行了比较。最长的环由N=1600个单体/链组成，这对应于可比较的线性聚合物的大约57个缠结长度。环熔体被发现比它们的线性对应物扩散得更快，两种结构的自扩散系数都约为N的-2.4次方。环的质量中心的均方位移遵循次扩散行为的时间和距离超出均方回转半径，既不兼容的劳斯也不爬行模型。环松弛应力比线性聚合物快得多，并且发现零剪切粘度变化为约N的1.4次方，这比线性链的N的3.4次方弱得多，当与观察到的均方位移相比时，不匹配任何公知的聚合物动力学模型。这些发现进行了讨论，鉴于在前面的文件（DOI：10.1063/1.3587137）中提出的环的构象特性。
2011-04-29 cond-mat.soft
Friction between Ring Polymer Brushes
使用广泛的粗粒分子动力学模拟和缩放参数的熔体密度滑动通过彼此的环形聚合物刷之间的摩擦进行了研究，并将结果进行了比较，线性聚合物刷之间的摩擦。我们表明，对于跨越三十年的速度范围内，环聚合物刷测得的摩擦力是一半的情况下，线性刷相应的摩擦。在线性力状态下，与线性刷相比，两个环刷的弱交叉也导致相对刷的单体之间的二元碰撞的数量较低。在高速下，其中两个相对的刷之间的叉指状层的厚度在单体尺寸的量级上，而不管刷的拓扑结构，环聚合物的拉伸片段采取双链构象。因此，双链区段的单体与相对的环刷的单体碰撞较少，即使对于环和线性刷双层，相似数量的单体占据交叉指状层。从我们的模拟得到的数值数据是一致的，所提出的标度分析。环刷中观察到的构象依赖性摩擦减少在非平衡体系统中可能具有重要的后果。
2015-01-07 cond-mat.soft
Conformational statistics of randomly-branching double-folded ring polymers
拓扑约束的双折叠环聚合物的构象可以描述为随机分枝的原始树的缠绕。我们扩展了之前在不同（溶剂）条件下树统计的工作，以探索紧包裹极限下双折叠环的构象统计。特别是，我们与那些描述原始树的环统计特征的指数和讨论的分布函数$p(\vec r | \ell)$和$p(L | \ell)$的空间距离，$\vec r$，和树的轮廓距离，$L$，单体之间作为其环的轮廓距离，$\ell$的函数。
2018-08-21 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
Effects of chain resolution on the configurational and rheological predictions from Brownian dynamics simulations of an isolated polymer chain in flow
一个聚合物链的合理准确的表示是由珠子连接杆，或刚性，不可伸展的弹簧，模仿一个单一的库恩步骤。由于计算成本高，在典型应用中使用粗粒度珠弹簧模型，其中每个弹簧都应该替换几个库恩步骤。早期的调查表明，BD模拟预测的稳态在不同的流量，这些不同层次的离散化，在很大程度上是定性相似的。然而，即使对于稳态，也存在细微的数量差异。在这项研究中，我们进行了详细的分析所产生的不同程度的链离散化的行为差异，范围从一个到几百个库恩步骤。我们比较了单链在单轴拉伸和稳态剪切流动中的瞬态和稳态的构型和流变性质。我们的分析突出的差异，特别是在应力和粘度值，在中间和高流速，珠杆和珠弹簧模型之间获得。这样一个透彻的理解有助于提供一个最好的可能珠弹簧表示的基础聚合物链在给定的应用程序的估计。此外，我们还研究了弹簧定律的崩溃极限，即弹簧可以忠实地模仿的最小库恩步骤数。
2022-08-08 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
Persistent Homology Reveals the Role of Stiffness in Forming Topological Glasses in Dense Solutions of Ring Polymers
本研究利用持久同调量化不同链刚性环聚合物的穿线结构，发现刚性链能产生更大的环以建立穿线结构，从而在拓扑玻璃形成中起关键作用。
2024-11-17 cond-mat.soft
Density effects in entangled solutions of linear and ring polymers
本文采用分子动力学的计算机模拟方法，研究和比较了线性和圆形（环）高分子链在不同密度的纠缠溶液中的静态和动态特性。虽然我们证实，线性链构象服从高斯统计在所有密度，环往往起皱变得越来越紧凑，密度增加。相反，链单体之间的接触频率取决于两个链拓扑结构的解决方案密度。平衡时链的松弛也取决于拓扑结构，环状聚合物比线性聚合物松弛得更快。最后，我们讨论了局部粘弹性的解决方案，分散的胶体状颗粒的扩散是显着更快的环的情况下。
2015-12-03 cond-mat.soft
Spatial organization of slit-confined melts of ring polymers with non-conserved topology: A lattice Monte Carlo study
本文通过晶格蒙特卡洛模拟研究狭缝约束下环状聚合物熔体的空间组织，发现约束增大链尺寸和打结倾向、减少环间连接，可调控网络力学性能，并表明缠结仅源于成对环-环连接。
2023-07-04 cond-mat.soft
Fractional Brownian motion and the critical dynamics of zipping polymers
我们考虑两个长度为$L$的互补聚合物链通过共同的末端单体连接。两条链通过互补单体结合，在低温下形成双链构象（拉链），而在高温下它们解离（解拉链）。这是DNA（或RNA）发夹形成的简单模型。在这里，我们调查的动态链在平衡临界温度$T=T_c$使用Monte Carlo劳斯动力学。我们发现，动力学是异常的，与$τ\sim L^{2.26(2)}$的特征时间标度，超过了劳斯时间$\sim L^{2.18}$。我们调查的概率分布函数，速度自相关函数，生存概率和边界行为的基本随机过程。这些量的比例与Hurst指数为$H=0.44(1)$的分数布朗运动的比例相同。我们讨论了无偏聚合物易位的相似性和差异。
2012-03-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ring polymers in melts and solutions: scaling and crossover
我们提出了一个简单的平均场论来描述环状高分子熔体的结构.通过结合拓扑体积分数的概念和经典的范德华流体理论，我们考虑了稠密系统中拓扑起源的许多体效应。我们预测，虽然紧凑的统计与Flory指数$ν=1/3$实现了非常长的链，大多数实际情况下落入交叉制度的表观指数$ν= 2/5$，在此期间，该系统朝着拓扑密集包装的限制。
2011-04-06 cond-mat.soft
Dynamics of ring polymer melts: Memory function approach
Technische Universität Ilmenau（伊尔梅瑙工业大学）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）
通过引入有效球对称吸引势和记忆函数，利用重整化Rouse形式研究环状聚合物的静态与动态性质，结果与实验和模拟吻合，并揭示了自扩散系数随分子量指数衰减的动态局域化效应。
2026-10-14 cond-mat.soft
Equilibrium swelling and universal ratios in dilute polymer solutions: Exact Brownian dynamics simulations for a delta function excluded volume potential
一个狭窄的高斯排斥体积势，这往往是一个δ函数的排斥势的宽度参数d* 趋于零的限制，已被用来检查排除体积相互作用的平衡和线性粘弹性稀聚合物溶液的普遍后果。布朗动力学模拟数据，获得有限长度的链，已外推到无限长的链的限制，以获得模型独立的预测。该方法在预测静态溶液性质的众所周知的方面的成功表明，它可以被用来作为一个系统的手段，通过它可以研究溶剂质量对平衡和非平衡性质的影响。
2003-01-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Probing the entanglement and locating knots in ring polymers: a comparative study of different arc closure schemes
聚合物环的拓扑和几何性质之间的相互作用可以通过建立在环的任何部分（弧）中捕获的缠结来阐明。该任务需要将开放弧闭合成环，并且所得到的拓扑状态可能取决于所遵循的特定闭合方案。为了了解这种模糊性的影响，在上下文中的实际利益，如结定位在一个环与非平凡的拓扑结构，我们采用各种封闭方案模型环聚合物。这些环具有相同的长度和拓扑状态（三叶结），但具有不同的紧致度。比较表明，一种新的方法，称为最小干扰关闭，可以有利地用于以一个强大的和计算效率高的方式来表征弧纠缠。这种封闭的方法，最后适用于结定位问题，解决了使用两种不同的定位方案的基础上自上而下或自下而上的搜索。
2011-03-02 cond-mat.soft
Understanding the Role of Particle Deformability on the Crystal and Glass formation using Two-dimensional Ring Polymer Model
Tata Institute of Fundamental Research Hyderabad（塔塔基础研究所海德拉巴）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本研究通过二维环形聚合物模型探讨粒子变形性对晶体和玻璃形成的影响，发现变形性变化可驱动晶态向无序玻璃态转变，并揭示了有限尺寸效应。
2025-11-28 cond-mat.soft
'Coffee-ring' patterns of polymer droplets: chain entanglement effect
不同分子量和浓度的聚合物溶液的干燥液滴会留下各种类型的“咖啡环”图案。这些图案是接触线运动的结果。我们已经观察到，对于非常低的分子量，液滴周边部分包含球状结构，而中心部分包含连续层。对于较高分子量的接触线表现出“粘滑”运动。而对于非常高的分子量，接触线延迟到足以开始运动，并最终不间断地移动，留下连续的聚合物层。我们用分子量和溶液浓度引起的链缠结解释了这一现象。根据缠结链可以表现出“颗粒”和“集体”的行为，即使单体数量保持不变的液滴。
2014-03-19 cond-mat.soft
Ring polymers in the melt state: the physics of crumpling
环状聚合物在熔体或浓溶液中的构象统计受其淬灭微观拓扑状态的强烈影响。这种效应对于非连接的未打结的环特别强，已知这些环会起皱和分离，并且这些环被认为是间期染色体的一般行为的模型。在这里，我们使用一个计算效率高的多尺度方法表明，熔体的环的总轮廓长度$L_r$可以{ \it定量}映射到熔体的{ \em相互作用}格树的回转半径$\langle R_g^2(L_r) \rangle \propto L_r^{2ν}$和$ν=0.32\pm0.01$。
2014-09-01 cond-mat.soft
Ring polymers with topological constraints
本文的第一部分综述了近年来在非平凡拓扑构象高分子环体系研究中的一些实验和理论结果。接下来，介绍了单个聚合物结行为建模方面的一些进展。数值模拟的帮助下进行的Wang-Landau蒙特卡罗算法。为了对聚合物构象进行采样，使用称为枢轴移动的一组随机变换。的关键问题，保持的拓扑结构的结后，每一个移动的帮助下，这两个新的技术进行了简要说明。作为一个应用程序，拓扑结构对聚合物结的热性能的影响的调查结果的报告。最后，原始结果进行了讨论，关于使用并行代码来研究聚合物结内的大量段的王-朗道方法。
2014-02-02 cond-mat.soft
An Anisotropic Effective Model for the Simulation of Semiflexible Ring Polymers
我们推导并引入各向异性的有效对势的粗粒度解决方案的半柔性环聚合物的各种长度。该系统最近已经通过完全单体分辨的计算机模拟进行了研究，揭示了许多不寻常的特征和结构形成，然而，这些特征和结构形成不能被环质心之间的旋转平均有效对势捕获[M. Bernabei等人，软物质9，1287（2013）]。我们新的粗粒化策略是将每个环都描绘成一个柔软的、可穿透的圆盘。我们证明，对于短和中等长度的环的新模型是相当能够捕获的物理在一个定量的方式，而对于最大的环，这类似于灵活的，它在高密度失败。我们的工作开辟了一般的，各向异性的可穿透的相互作用势的物理理由的方式。
2015-07-20 cond-mat.soft
