Analytical Rescaling of Polymer Dynamics from Mesoscale Simulations
我们提出了一种理论方法来缩放模拟粗粒聚合物液体的人工快速动力学的现实价值。由于粗粒化影响熵和耗散，两个因素进入重标度：包括分子内振动自由度，和重标度的摩擦系数。因为我们的方法是分析性的，所以它是通用的和可转移的。平移和旋转扩散的未纠缠和纠缠的聚乙烯熔体，预测粗粒聚合物熔体的介观尺度模拟，使用我们的重新缩放程序，与联合原子模拟和实验定量一致。
2011-03-10 cond-mat.soft
A foundational framework for the mesoscale modeling of dynamic elastomers and gels
本研究提出一种仅显式建模聚合物主链动态键合位点与交联点的降阶介观方法，在短链网络低加载速率场景下可复现分子动力学结果，计算成本降低90%，为动态聚合物介观建模奠定基础。
2024-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Competition of Mesoscales and Crossover to Tricriticality in Polymer Solutions
我们表明，渐近波动引起的聚合物溶液中的临界行为的方法是由一个相关长度之间的竞争发散在临界点和一个额外的介观长度尺度，回转的回转半径。精确的光散射实验的聚苯乙烯溶液在环己烷中的聚合物分子量范围从200，000到1140万清楚地表明了两个通用制度之间的交叉：一个制度与伊辛渐近临界行为，其中的相关长度占上风，和一个制度与三临界θ点行为由介观聚合物链长度确定。
2002-01-14 cond-mat.soft
Programmed Wrapping and Assembly of Droplets with Mesoscale Polymers
大自然非常善于使用界面来构建结构，封装试剂和调节生物过程。受大自然的启发，我们描述了柔性聚合物基带，称为“介观聚合物”（MSP），以调节与液滴的界面相互作用。这产生了前所未有的鞭毛状结构和MSP包裹液滴形式的混合组装体。这些混合结构的成功制备取决于界面相互作用和定制的MSP组合物，例如具有对流体-流体界面具有明显不同的亲和力以及机械性质的结构域的MSP。MSP液滴相互作用的原位测量证实，MSP具有可以忽略不计的弯曲刚度，允许界面能驱动中尺度组装。通过利用这些界面驱动力，介观聚合物被证明是一个强大的平台，支持在流体中制备复杂的混合结构。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Flow Generation by Rotating Colloids in Planar Microchannels
采用基于粒子的介观流体力学方法研究了微通道内磁性胶体在外部旋转磁场驱动下的非平衡结构形成及其由自旋向平动的转化.对于直通道，发现了倾斜。在环形通道中，通道曲率打破了对称性，并导致流体围绕环隙以与胶体旋转方向相同的旋转方向进行净输送。预测了平移速度对通道宽度、环半径、胶体浓度和热运动的依赖关系。
2011-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Dendritic Growth of a Polymer on a 2D Mesoscale Square Lattice
当聚环氧乙烷从溶液相到固相发生相分离时，观察到表现出四倍各向异性的树枝状生长模式。当这种相变发生在具有使用电子束光刻法制成的交联聚环氧乙烷抗蚀剂柱图案的衬底上时，聚合物在图案之间生长，从而产生表现出八倍各向异性的树枝状生长结构。本文介绍了这些实验观察和解释枝晶生长的自由能最小化与相变的原则。使用相场模型进行了数值模拟，结果表明，定性匹配的实验观察。模拟结果表明，聚合物假设的图案化的晶格的各向异性。
2018-03-25 cond-mat.soft
Dynamics of Fluid Vesicles in Flow through Structured Microchannels
研究了微通道中流体囊泡的动力学行为，微通道的宽度沿通道呈周期性变化。三种类型的流动不稳定性的扁长囊泡被发现。对于小的准球形囊泡-相比，平均通道宽度-微扰理论预测的过渡状态与取向振荡的一个固定的扁长形的形状与对称的椭圆形或子弹状的形状振荡的状态，随着流速的增加。实验上，这种取向的振荡过程中观察到的缓慢迁移的囊泡对通道的中心线。对于较大的囊泡，中尺度流体动力学模拟和实验表明，在减少体积$V^* \gtrsim 0.9$类似的对称形状振荡。然而，对于具有$V^* \lesssim 0.9$的非球形囊泡，发现具有两个对称或单个不对称尾部的形状。
2010-01-13 cond-mat.soft
An analytical coarse-graining method which preserves the free energy, structural correlations, and thermodynamic state of polymer melts from the atomistic to the mesoscale
粗粒化模型在多个长度尺度上的结构和热力学一致性对于使用中尺度描述的多尺度建模和分子动力学模拟的预测作用是必不可少的。我们的方法是一个粗粒度的模型，基于积分方程理论，它可以代表聚合物链在可变水平的化学细节。该模型是分析和依赖于分子和热力学参数的研究中的系统，以及在直接的关联函数在k -> 0的限制，c 0。PRISM积分方程的数值解用于通过调整有效硬球直径d的值来确定c 0，以与预测的状态方程一致。这个单一的量参数化的粗粒度的潜力，这是用来执行中尺度模拟，直接与原子级模拟相同的系统。我们测试我们的粗粒度的形式主义，通过比较结构的相关性，等温压缩性，状态方程，亥姆霍兹和吉布斯自由能，势能和熵使用联合原子和粗粒度的描述。我们发现定量的热力学性质的分析形式主义之间的协议，和分子动力学模拟的结果，独立于所选择的代表性水平。在中尺度描述中，软粒子相互作用的势能变成粗粒坐标中的自由能，其在所有描述水平上保留来自理想气体的过量自由能。联合原子和介观尺度描述之间的结构一致性意味着描述之间的相对熵已被最小化，而无需任何变分优化参数。该方法具有普遍性，适用于不同热力学条件下的任何聚合物体系。
2014-07-03 cond-mat.soft
Mesoscale modelling of polymer aggregate digestion
我们使用中尺度模拟，以深入了解生物聚合物的消化，通过研究物理交联结合的聚合物聚集体（团）的分解动力学。我们调查聚集体的演变，建立连接珠分数和相互作用能的主要参数控制稳定扩散。我们展示了$\textit{via}$一个简化的模型，即组成分子的化学分解导致聚集体，否则这些聚集体将稳定分散。我们进一步研究了在流体流动的存在下生物聚合物聚集体的分解。在没有化学分解的情况下，剪切流诱导三种不同的制度，这取决于流量Weissenberg数（$Wi$）。i）在$Wi \ll 1$下，剪切流对聚集体的影响可忽略不计。ii）在$Wi \sim 1$处，聚集体的行为近似于固体，并且随着流动而移动和旋转。iii）在$Wi \gg 1$，由于剪切引起的能量输入克服了有吸引力的交联相互作用，并且团被破碎。最后，我们研究团演变的剪切流和化学分解的联合作用下，证明了两者之间的协同效应，在高反应速率。
2019-11-18 cond-mat.soft
Mesoscale Polymer Arrays: High Aspect Ratio Surface Structures and Their Digital Reconstruction
受生物黏附丝结构启发，制备了最高纵横比达10万的介观聚合物带阵列，开发图像分析框架实现其3D重构与形貌定量表征，建立厚度相关标度关系，为相关形貌-性能研究提供基准并展示多领域应用潜力。
2024-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Modelling thermoresponsive polymer brush by mesoscale computer simulations
本文采用粗粒化介观模型模拟PNIPAM温敏聚合物链及聚合物刷，分析其在LCST上下的构象标度行为，并确定使刷高温度响应最大的最优接枝密度。
2023-08-14 cond-mat.soft
Stiffer alginate gels deposit more efficiently in microchannel flows
Northeastern University（东北大学）
本研究通过分析发现，流体中形成的凝胶刚性越高，沉积效率越高，同时剪切应力要求降低。
2024-12-12 cond-mat.soft
Giant fluctuations in sheared viscoelastic fluids emerging in a mesoscale simulation
已知剪切流在原本透明和均匀的聚合物溶液中引起巨大的密度波动。这种效应源于缠结聚合物网络的弹性，并且可以跨越超过一千条链的距离。它在许多散射实验中被观察到，后来被数学理论解释。在这里，我们从直接粒子模拟的角度来观察这种现象。主要的新颖之处是速度相关的摩擦力，耦合整个系统，并有效地解决了稀疏矩阵代数。我们的极简模型在台式PC上运行，结果与实验吻合得很好。
2018-08-20 cond-mat.soft physics.comp-ph
Mesoscale simulation of semiflexible chains. I. Endpoint distribution and chain dynamics
用数值模拟的方法研究了半柔性光纤的端点分布和动力学特性。简要介绍了柔性和半柔性聚合物的分析理论。特别是，一个封闭的表达式给出了蠕虫状链的弛豫谱，它决定了聚合物的扩散和流变。其次，建立了具有完全流体动力学相互作用的蠕虫状链的仿真模型，并给出了弯曲和扭转模量的关系式。引入两种方法将扭转刚度纳入模型。通过模拟热浴中的单链，并将链的端点分布与建立的Monte Carlo结果进行比较，验证了该模型的有效性。得出的结论是，扭转刚度导致一个稍短的有效持久长度为一个给定的弯曲刚度。为了进一步验证模拟模型，研究了固定持续长度和改变聚合物长度N的聚合物扩散。扩散常数显示交叉从劳斯爬行行为。由单体置换得到的末端弛豫时间与蠕虫链理论一致。还研究了链交叉的概率。这种可能性很低，不会影响目前的结果。
2013-06-06 cond-mat.soft
Migration of semiflexible polymers in microcapillary flow
采用细观流体动力学模拟方法研究了圆柱形微通道内半柔性聚合物在Poillille流作用下的非平衡结构和动力学性质。对于长度的一半，其持久性长度的聚合物，大的变化，在取向和构象被发现作为径向距离和流动强度的函数。特别地，聚合物在通道中心附近表现出U形构象。水动力相互作用导致强烈的跨流线迁移。表观迁移受聚合物取向及其扩散率的相应各向异性控制。观察到强烈的翻滚运动，与翻滚时间表现出相同的依赖性Peclet数作为一个聚合物在剪切流。
2010-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Effective Soft-Core Potentials and Mesoscopic Simulations of Binary Polymer Mixtures
介观分子动力学模拟用于确定各种化学结构、浓度和热力学条件的几种二元聚合物混合物的大尺度结构。通过实施的分析形式主义，这是基于解决方案的Ornstein-Zernike方程，每个聚合物链映射到一个单一的软胶体的水平。从适当的封闭关系，有效的，软核之间的潜力粗粒度的单位，并作为输入到我们的中尺度模拟。以这种方式得到的潜力是分析和明确的参数依赖，使其通用和转移到许多系统的利益。从在各种热力学条件下进行的计算机模拟的聚合物混合物的结构，通过对关联函数，确定在整个混溶区域的相图。在非热制度中尺度模拟表现出定量协议与联合原子模拟。此外，它们还提供了比联合原子模拟和接近相变的热状态所能达到的更大尺度的信息。
2010-04-02 cond-mat.soft
Electroosmotic flow of viscoelastic fluids in deformable microchannels
非牛顿流体在可变形微通道中的电渗流对于理解生理流动中的流体动力学具有重要意义。这些微通道的性能取决于承载能力，承载能力表示装置可以承受的最大负载量。虽然大量的研究工作是针对耦合的电动力学与基板的变形能力，相应的增强性能仍然是难以捉摸的。为此，采用基板的顺应性，流体动力学和电动调制之间的复杂耦合，我们已经分析了可能的来源的流变前提下的粘弹性流体具有密切的相似之处，通常用于几个生物和微流体应用中的生物流体在可变形的微通道中的流动物理的变化。本研究表明，通过在有利的制度下操作的参数，如聚合物的浓度和分子量，牛顿溶剂的质量，和电解质的浓度，可以实现大幅增加的粘弹性流体的可变形微通道的承载能力相比，其牛顿对应。我们相信，目前的理论框架可以是非常重要的电动调制仿生微流控器件的设计。
2021-08-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multi-Particle Collision Dynamics -- a Particle-Based Mesoscale Simulation Approach to the Hydrodynamics of Complex Fluids
在这篇综述中，我们描述和分析了一种中尺度模拟流体流动的方法，这是由Malevanets和Kapral在1999年提出的，现在被称为多粒子碰撞动力学（MPC）或随机旋转动力学（SRD）。该方法由交替流动和碰撞步骤的点粒子的合奏。多粒子碰撞通过将粒子分组在碰撞单元中来执行，并且质量、动量和能量局部守恒。这种模拟技术捕获了完整的流体动力学相互作用和热波动。审查的第一部分开始与几个广泛使用的MPC算法的描述，然后讨论了原始SRD算法的重要功能和经常使用的变化。两个互补的方法推导的流体动力学方程和评估的传输系数进行审查。然后展示了如何将MPC算法推广到非理想流体和具有会凝点的二元混合物的建模。讨论了角动量守恒对不同粘度的分相液体等系统的重要性。评论的第二部分介绍了一些最近的应用MPC算法来研究胶体和聚合物动力学，囊泡和细胞在流体动力学流动的行为，和粘弹性流体的动力学。
2008-08-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental investigations on geometry modulated solute mixing in viscoelastic media
本研究结合实验、数值模拟与 MATLAB 图像分析，考察立体光刻制备的几何改性微通道中聚合物溶液混合，揭示惯性—弹性不稳定性及其对被动式微混合器设计的意义。
2022-11-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of additives on oil displacement in nanocapillaries: a mesoscale simulation study
我们进行了介观尺度模拟，以调查的效果，添加剂，如表面活性剂和聚合物，在驱油过程中的水和盐水注入。一个多体耗散粒子动力学（MDPD）模型参数化，以再现通过实验或经典分子动力学（MD）获得的物理性质。然后采用MDPD模型模拟水和盐水对正十二烷的驱替，表面活性剂浓度范围为1 wt. %至IOwt. % SDS和0.5wt. %的HPAM。我们观察到，虽然添加剂可以进入毛细管而不堵塞，但表面活性剂浓度和注入速率的特定组合可能导致不良的驱油。这一结果可以从水-壁和（表面介导的）水-油相互作用之间的平衡来理解。因此，我们的研究结果显示了一个有效的逆转的润湿性字符，从水润湿到油润湿，作为界面速度的函数。最后，我们总结了这些结果的影响，涉及添加剂的流体-流体位移。
2020-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Semiflexible polymer conformation, distribution and migration in microcapillary flows
采用多粒子碰撞动力学（MPC）方法研究了半柔性聚合物在微通道中的流动行为。构象，分布和径向横向流线迁移的各种弯曲刚度，与持久长度Lp在0.5 < Lp/Lr < 30的范围内进行了研究。流动行为由流体动力学升力和空间壁排斥力之间的竞争和局部变化的流动诱导取向控制，流体动力学升力和空间壁排斥力导致远离壁的迁移，局部变化的流动诱导取向驱动聚合物远离通道中心并朝向壁。这些效应对聚合物抗弯刚度和流速的不同依赖性导致了复杂的动力学行为。然而，一个通用的效果是在单体和质心分布，这发生在通道中心的小流速，但在较高的速度偏离中心的最大值的外观。
2010-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Efficient mesoscale hydrodynamics: multiparticle collision dynamics with massively parallel GPU acceleration
我们提出了一个有效的开源实现的多粒子碰撞动力学（MPCD）算法，可扩展到数百个图形处理单元（GPU）上运行。我们特别关注现代GPU架构和多个GPU之间的通信模式的优化。我们表明，混合精度计算模型可以提高性能相比，一个完全的双精度模型，同时仍然提供良好的数值精度。我们报告弱和强缩放基准的参考MPCD溶剂和基准的聚合物溶液与研究相关的相互作用和系统的大小。我们的MPCD软件能够模拟中尺度流体动力学的长度和时间尺度，否则将具有挑战性或不可能访问。
2018-03-06 cond-mat.soft physics.comp-ph
Relevance of angular momentum conservation in mesoscale hydrodynamics simulations
角动量在流体中是守恒的，只有少数例外，如铁磁流体。然而，它可以在流体模拟中局部违反，以减少计算成本。使用基于粒子的模拟方法，多粒子碰撞动力学，它可以打开或关闭角动量守恒的影响，这种违反进行了研究。为此，我们研究圆形Couette流之间的同心和偏心的圆柱体，非物理扭矩由于缺乏角动量守恒被发现，而速度场不受影响。此外，在模拟接触时具有不同粘度的流体和溶剂中的星形聚合物时，会出现不正确的角速度。这些结果与基于宏观应力张量的理论预测在定量上一致。
2007-09-11 cond-mat.soft
Wall-anchored semiflexible polymer under large amplitude oscillatory shear flow
半柔性聚合物的一端拴在一个不可穿透的墙壁，并暴露于振荡剪切流的性能进行了研究的细观模拟。一个聚合物，限制在两个维度，描述了一个线性珠弹簧链，和流体相互作用纳入布朗多粒子碰撞动力学方法。在小应变下，聚合物遵循所施加的流场。然而，在高应变，我们发现一个强烈的非线性响应，主要的构象变化。聚合物沿流动方向拉伸，并在流动时表现出U形构象。由于在半空间中的限制，在随时间变化的聚合物性质的频率加倍出现沿垂直于壁的方向。
2021-12-11 cond-mat.soft
Mesoscale modeling of the rheology of pressure sensitive adhesives through inclusion of transient forces
为了最佳应用，压敏粘合剂必须具有介于粘塑性固体和粘弹性液体之间的流变性能。这种粘合剂可以通过乳液聚合生产，得到分散在水中并含有长链丙烯酸聚合物的胶乳颗粒。当乳液干燥时，胶乳颗粒聚结并形成粘合剂膜。干燥样品的流变性能被认为是由原始胶乳颗粒之间的界面区域所主导的，但是流变性能和胶乳颗粒性能之间的关系知之甚少。在本文中，我们表明，它是可能的，通过一个介观模拟模型来描述的压敏胶粘剂的本体流变学。为了达到实验的时间和长度尺度，每个乳胶颗粒仅由一个模拟颗粒表示。该模型受到振荡剪切流和拉伸流。简单的数量级估计的模型参数已经导致半定量的协议与实验结果。我们表明，包括瞬态力的模型中，即与以前的配置的记忆力，是必不可少的正确预测的线性和非线性特性。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Semidilute Polymer Solutions at Equilibrium and under Shear Flow
采用介观尺度模拟方法，结合分子动力学模拟和多粒子碰撞动力学方法，研究了高分子半稀溶液在平衡态和剪切流动下的性质.在半稀溶液中，分子间流体动力学和排斥体积相互作用变得越来越重要，由于聚合物重叠的存在。在平衡时，的回转半径，结构因子，和零剪切粘度对聚合物浓度的依赖性被确定，并发现是在良好的协议与缩放预测。在剪切流中，聚合物排列和变形作为浓度的函数计算。剪切稀化与流动取向和有限的聚合物延伸性有关，其特征在于剪切粘度和法向应力系数。
2011-03-18 cond-mat.soft
Nucleosome simulations suggest mechanisms of electrostatically-driven mesoscale chromatin evolution
本研究通过计算机模拟3241种生物的核小体，结合静电计算和粗粒化模拟，揭示组蛋白进化驱动中尺度染色质行为的多样化。
2026-09-22 cond-mat.soft q-bio.BM
Deriving effective mesoscale potentials from atomistic simulations
我们演示了如何从简单的液体系统开发的分布函数的潜在反演的迭代方法可以推广到聚合物系统。它利用由一个猜测的势产生的分布函数与真实的（模拟的）分布函数之间的平均力的势的差异来连续地改进有效势。优化算法是非常强大的：收敛达到每一个试验函数在几次迭代。作为一个广泛的测试案例，我们粗粒度的原子的全原子模型的聚（异戊二烯）（PI）使用13：1减少的自由度。对PI溶液以及PI熔体进行该程序。所得力场的比较。他们证明，这是不可能使用一个单一的力场不同的浓度制度。
2002-11-20 cond-mat.soft
Tumbling of polymers in semidilute solution under shear flow
采用大尺度非平衡介观流体力学模拟方法研究了聚合物在半稀溶液中的翻滚动力学。我们发现，翻滚时间等于非平衡松弛时间的聚合物端到端的距离沿流动方向，强烈依赖于浓度。此外，归一化的翻滚频率，以及对于一个给定的浓度依赖性Weissenberg数的对齐分布函数的宽度表现出弱的浓度依赖性的交叉制度，从稀溶液到半稀溶液。对于半稀解，得到了一个普适性态。这是在超过重叠浓度的聚合物浓度下筛选流体动力学相互作用的结果。
2011-03-18 cond-mat.soft
Polymer packaging and ejection in viral capsids: shape matters
我们使用一个介观模拟的方法来探索不同的衣壳几何形状的包装和不同的灵活性的聚合物的喷射动力学的影响。我们发现柔性聚合物的包装和顶出时间都更快。对于这样的聚合物，球体比椭球体更快地填充，更慢地膨胀。然而，对于半柔性聚合物，与DNA相关的情况，球体更容易包装和膨胀。我们解释我们的结果，同时考虑热力学和弛豫动力学的聚合物。这些预测可以通过在人工囊泡内使用合成聚合物的生物模拟实验进行测试。我们的研究结果表明，基因组可能已经进化成大致球形的形状，以优化基因组喷射的速度，这是感染的第一阶段。
2006-06-20 cond-mat.soft
Hydrodynamic Self-Consistent Field Theory for Inhomogeneous Polymer Melts
介绍了一种模拟嵌段共聚物熔体和共混物在流体力学流动中的结构和流变学的介观技术。该技术耦合动态自洽场论（DSCFT）与连续流体力学和流动惩罚来模拟聚合物流体在任意几何形状的通道中的流动。我们通过研究中性壁润湿条件下亚微米通道中ABC三嵌段共聚物熔体的相分离来证明该方法。我们发现表面润湿效应和剪切效应相互竞争，在没有流动的情况下产生垂直于壁的薄片，在剪切速率超过某个临界韦森伯格数的情况下产生平行于壁的薄片。
2006-08-31 cond-mat.soft
Free energy and extension of a semiflexible polymer in cylindrical confining geometries
我们考虑一个长的，半柔性的聚合物，持久长度$P$和轮廓长度$L$，波动在一个狭窄的圆柱形通道直径$D$。在区域$D\ll P\ll L$中，限制自由能$ΔF$和聚合物占据的通道长度$R_\parallel$由Odijk关系式$ΔF/R_\parallel=A_\circ k_BTP^{-1/3}D^{-2/3}$和$R_\parallel=L[1-α_\circ(D/P)^{2/3}]$给出，其中$A_\circ$和$α_\circ$是无量纲振幅。使用模拟算法的启发PERM（修剪富集Rosenbluth方法），它产生的结果非常长的聚合物，我们确定$A_\circ$和$α_\circ$和类似的振幅与矩形横截面的通道。对于一个半柔性聚合物被限制在一个圆柱的表面，相应的振幅推导出一个精确的解析方法。这些结果对于解释微通道或微流体装置中生物聚合物的实验是相关的。
2007-04-19 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
Enhanced rotational motion of spherical squirmer in polymer solutions
利用介观流体力学模拟方法研究了自回避聚合物溶液中自推进、吸引的球形胶体的旋转扩散运动。一个急剧增强的旋转扩散的存在下，活动的数量级以上。这种放大是两种效应的结果：主动运动导致吸附聚合物的量减少，以及与蠕动表面上的聚合物的不对称接触，这会产生旋转运动的额外扭矩和随机噪音。我们的模拟提出了一种方法来控制的旋转动力学的蠕动型microswimmer的聚合物吸附和系统的异质性的程度。
2020-03-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
MATILDA.FT, a Mesoscale Simulation Package for Inhomogeneous Soft Matter
本研究公开发布首款整合粗粒化分子动力学与场论模拟的GPU加速介观软物质模拟软件MATILDA.FT，支持多类系统建模，易扩展且配套工具完善，源码已开源。
2023-02-05 cond-mat.soft
Self-organization in suspensions of end-functionalized semiflexible polymers under shear flow
采用介观流体力学模拟方法研究了端官能化半柔性聚合物悬浮液在流动条件下的非平衡动力学行为和结构形成。混合模拟方法结合了流体的多粒子碰撞动力学方法，该方法考虑了流体动力学相互作用，半柔性聚合物的分子动力学模拟。在平衡状态下，观察到各种支架状网络结构，这取决于聚合物的柔性和末端吸引强度。我们研究了聚合物网络在剪切作用下的流动行为，分析了它们的非平衡结构和流变性质。在低剪切速率下，支架结构破裂并形成致密聚集体，而在高剪切速率下，结构完整性完全丧失。我们提供了一个详细的分析剪切速率相关的流致结构。这些研究为复杂材料中网络结构的形成和变形提供了更深入的理解。
2015-11-03 cond-mat.soft
Topological Dissipation as the Missing Link in Multiscale Polymer Dynamics
本文提出拓扑耗散是连接聚合物原子尺度与介观尺度动力学的缺失环节，通过伊辛型指数衰减描述链内动量输运，并建立无记忆核的粗粒化框架以分离链内与链间耗散，定量重现从链段弛豫到链扩散的动力学。
2025-08-17 cond-mat.soft
Steady state sedimentation of ultrasoft colloids
超软胶体-星形聚合物-暴露在一个统一的外力场的结构和动力学性质进行了分析，应用多粒子碰撞动力学方法，混合粗颗粒介观模拟方法，捕捉热波动和远程流体动力学相互作用。在弱场极限下，星形聚合物的结构几乎不变，然而在中间状态下，回转回转半径减小，特别是横向于沉降方向。在强磁场的极限下，回转半径随磁场强度的增加而增加。相应地，沉降系数随着场强的增加而增加，通过最大值并在高场强下再次减小。最大值取决于星形聚合物的官能度。高场强导致对称性破缺与尾随，强烈拉伸的聚合物臂和紧凑的星形聚合物体。在弱场线性响应区，沉降系数遵循星形聚合物在官能度和臂长方面的标度关系。
2018-03-08 cond-mat.soft
Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations for Oxidative Aging of Polymers under Various O2 Concentration
本文通过粗粒化分子动力学模拟研究O2浓度对聚合物氧化老化的影响，发现降低O2浓度会减缓过氧自由基生成、延迟H抽取反应并促进聚合物自由基间交联，从而影响反应动力学、异质性程度和交联量。
2025-01-06 cond-mat.soft
Rotating electroosmotic flow of power-law fluid through polyelectrolyte grafted microchannel
由于日益增长的重要性，了解流动的生物流体在实验室上的CD为基础的系统，我们调查的流动行为的幂律流体在旋转电渗流通过接枝（软）窄通道。我们使用一个内部的数值代码来解决的速度和流量在一个旋转的通道受到外部电场的控制输运方程。我们显示了强烈的影响，湍流层的流动行为，并发现流量增加，因为我们增加的湍流层的大小。我们还表明，流变学强烈影响的相互作用的科里奥利力，由于旋转和电体力，由于所施加的电场。我们表明，剪切稀化流体的速度一般较高的剪切增稠流体相比。我们还表明，聚合物刷的存在下，在dielectric层创建一个阻力的流体，降低速度。我们还表明，旋转的效果，剪切增稠流体的流速比剪切稀化流体的流速有很大的改变。我们认为，研究流体流变学的影响变得非常重要的设计基于软通道的CD上的实验室系统驱动的电渗力和处理流变复杂的生物流体，如血液，唾液或粘液。
2019-12-19 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Mechanical properties of carbon nanotube reinforced polymer nanocomposites: A coarse-grained model
在这项工作中，一个粗粒（CG）模型的碳纳米管（CNT）增强聚合物基复合材料的发展。CG模型的一个显着特点是能够捕获聚合物链和纳米管之间的相互作用。利用CG模型和全原子系统之间的应变能守恒，对纳米管和聚合物链的CG势进行了标定。CG模型在预测碳纳米管/聚合物复合材料的弹性性能的适用性和效率进行了评估，通过验证过程与分子模拟。模拟结果表明，CG模型是能够估计的纳米复合材料的力学性能与高精度和低的计算成本。研究了碳纳米管增强体的体积分数对纳米复合材料杨氏模量的影响。随机分布的碳纳米管增强体的大型单元电池的建模方法的应用进行检查。所建立的CG模型将使增强聚合物基复合材料的模拟跨越从纳米到介观尺度的广泛的长度尺度。
2017-04-11 cond-mat.soft physics.app-ph
Numerical Method for Hydrodynamic Transport of Inhomogeneous Polymer Melts
介绍了一种模拟非均匀聚合物熔体在压力驱动和阻力诱导流动中流体力学输运和自组装的细观方法。该方法将动态自洽场论（DSCFT）扩展到流体动力学领域，在流体动力学领域中，散状材料输运和粘弹性效应起着重要作用。该方法结合了四个不同的组件作为一个单一的耦合系统，包括（1）非平衡自洽场论描述嵌段共聚物自组装，（2）多流体Navier-Stokes型流体动力学跟踪材料传输，（3）本构方程建模粘弹性相分离，和（4）刚性壁场代表移动通道边界，机器组件，和纳米颗粒填料。我们还提出了一个有效的，伪谱实现这组耦合方程，使实际应用中的模型在周期域。我们通过再现包括平衡二嵌段介观相，分析斯托克斯流，玻璃/弹性聚合物熔体的粘弹性相分离等众所周知的现象来验证该模型。我们还证明了数值实现的稳定性和准确性，通过检查其收敛下的网格尺寸细化。
2006-08-31 cond-mat.soft
Microfluidic probing of the complex interfacial rheology of multilayer capsules
使用聚合物膜封装化学品能够控制其运输和输送，用于农业化学或洗涤等应用。为了使聚合物胶囊的设计合理化，有必要了解膜的机械性能如何控制货物的运输和释放。在这篇文章中，我们使用微流体生产模型聚合物胶囊和原位研究他们的行为在受控的拉伸流动。我们的模型胶囊是通过在水中的油滴表面组装聚合物单层和氢键双层而获得的。我们还使用微流体技术原位探测膜的机械性能，该膜在通过收缩引入胶囊然后在更大的腔室中产生的受控拉伸流中。胶囊的变形和松弛取决于其组成，特别是形成膜的聚合物链之间的分子相互作用和第一层的锚定能。我们开发了一个模型，并进行数值模拟，以提取胶囊的主要界面特性，从测量它们在微通道中的变形。
2018-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Gradient dynamics model for drops spreading on polymer brushes
当液滴在自适应基底上铺展时，后者改变其性质，这可能导致液滴和基底的复杂耦合动力学。在这里，我们提出了一个通用的中尺度流体动力学模型，这样的过程，被写为一个梯度动力学的基础能量泛函。我们指定的模型细节的例子，一滴干聚合物刷蔓延。在那里，液体吸收到刷子中导致刷子的溶胀，从而引起刷子形貌和润湿性的变化。液体还可以经由扩散（或芯吸）在刷子内前进，导致耦合的液滴和刷子动力学。具体的模型占耦合的扩散，吸收和芯吸动力学时，底层的能量功能结合毛细作用，润湿性和刷能。在采用这样一个模型的一个简单的版本，数值模拟液滴扩散的肿胀刷，我们得出结论，讨论可能的模型扩展。
2020-08-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-assembly of polymeric particles in Poiseuille flow: A hybrid Lattice Boltzmann / External Potential Dynamics simulation study
我们提出了一种混合模拟方法，它允许一个研究的动态演化的自组装（共）聚合物溶液中存在的流体动力学相互作用。该方法结合了一个既定的动态密度泛函理论的聚合物，占非局部字符的链动力学的水平的劳斯模型，外部势动力学（EPD）模型，与既定的Navier-Stokes求解器，格子玻尔兹曼（LB）方法。我们应用该方法研究了二维共聚物溶液中纳米粒子和囊泡在典型微通道Poiffille流动剖面中的自组装。模拟从完全混合的系统，突然淬火低于亚稳线。为了隔离墙所造成的影响，我们使用一个反向Poiffille流的几何形状与周期性的边界条件。我们确定了自组装的三个阶段，即，初始亚稳分解、颗粒成核和颗粒生长（熟化）。我们发现，（i）在剪切的存在下，液滴的成核被延迟的量大致成比例的剪切速率，（ii）剪切流大大增加了粒子融合的速率，（iii）在自组装的后期阶段，更强的剪切流可能会诱导不可逆的形状转换{ \em通过}手指的形成，特别是在囊泡系统。这些效应的结合导致颗粒聚集在泊肃叶流动剖面的中心附近，并且聚合物具有以流量最大值为中心的双峰分布。
2018-04-09 cond-mat.soft
A First Principle Approach to Rescale the Dynamics of Simulated Coarse-Grained Macromolecular Liquids
我们提出了一个详细的推导和测试我们的方法来重新调整粗粒度聚合物熔体的介观模拟的动力学（I。Y. Lyubimov等人J. Chem. Phys. \textbf{132}，11876，2010）。从第一性原理Liouville方程出发，应用Mori-Zwanzig投影算子技术，导出了液体粗粒表象的广义Langevin方程（GLE）.在投影操作符中选择的慢变量定义粗粒度化的长度尺度。每种聚合物都以两种粗粒化水平表示：单体作为珠和弹簧模型，分子作为软胶体。在质心遵循布朗运动且内部动力学完全松弛的长时间区域中，这两种描述必须是等价的。通过强制执行这种正式的关系，我们从GLE的分析重新缩放因子被应用到动态数据的粗粒度表示恢复单体的描述。熵的变化和摩擦力的变化是两个修正，以补偿粗粒化对聚合物动力学的影响。粗粒度表示中的记忆函数的解决方案提供了摩擦系数的动态重新缩放。内部自由度的计算提供了由于粗粒化而引起的熵变化的校正。由此产生的重新缩放形式主义是一个功能的粗粒度模型和热力学参数的系统模拟。通过应用我们的重标度方法，从聚乙烯（以软胶体颗粒为代表）的介观模拟中获得的重标度动力学与实验测量的平移扩散数据和模拟结果吻合良好。所提出的方法被用来预测新的聚乙烯样品的自扩散系数。
2011-03-15 cond-mat.soft
Inverse Design of Block Polymer Materials with Desired Nanoscale Structure and Macroscale Properties
本文提出RAPSIDY 2.0框架，结合分子动力学模拟与贝叶斯优化主动学习，在高维设计空间中同时优化嵌段聚合物的纳米形貌稳定性与宏观性能，解决共聚物多尺度耦合设计难题。
2025-04-10 cond-mat.soft
Theoretical Reconstruction of Realistic Dynamics of Highly Coarse-Grained cis-1,4-Polybutadiene Melts
重建的理论，从加速动力学的粗粒度系统的中尺度模拟测量的原子级链扩散，在这里应用到顺式-1，4-聚丁二烯熔体的动力学，其中每个链被描述为一个软相互作用的胶体颗粒。重标度形式主义解释了由于熵的变化和摩擦的变化而引起的动力学修正，这些变化是粗粒化过程的结果。通过包括这两个校正的动力学被重新缩放，以再现在原子水平上描述的系统的现实动力学。粗粒顺式-1，4-聚丁二烯熔体的细观模拟得到的重标扩散系数显示出良好的协议与数据从联合原子模拟Tsolou等人。衍生的单体摩擦系数被用作输入的合作动力学理论，描述了在一个过渡区域的缓慢合作运动的高分子液体中移动的聚合物的内部动态。理论预测的时间关联函数显示出良好的协议与模拟在整个范围内的长度和时间尺度的数据。该理论提供了，从软球的中尺度模拟的数据，正确的原子级动力学，作为独奏输入静态量。
2013-01-02 cond-mat.soft
Spreading the Damage: How Heterogeneity Delocalizes Fracture in Polymer Networks
University of Colorado at Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
该研究揭示聚合物网络异质性通过调控预拉伸与链段长度分布，使断裂离域化并提升韧性，推导了断裂活性长度的标度估计式。
2026-10-14 cond-mat.soft
Identifying structural signatures of shear banding in model polymer nanopillars
非晶态固体在纳米级器件的设计和生产中是至关重要的，但是在强约束下，这些材料表现出其机械性能的变化，这还不清楚。唯象模型通过假设这些材料中的潜在缺陷结构来解释这些性质，但没有详细说明这些缺陷的微观性质。使用机器学习方法，我们确定了介观缺陷，导致剪切带的聚合物纳米柱远低于玻璃化转变温度作为支柱直径的函数。我们的研究结果表明，负责剪切带在这个规模上的主要结构特征是波动的支柱的直径。令人惊讶的是，与柱的直径相比，这些波动相当小，小于粒径的一半。在中间柱直径，我们发现，这些波动倾向于集中沿短轴剪切带平面。我们还看到了作为剪切带分类器的平均软度的重要性，剪切带作为支柱直径的函数而增长。柔度是一个表征局部结构的新领域，与粒子级动力学高度相关，因此较软的粒子更有可能重新排列。这表明，柔软度，一个数量，涉及颗粒级结构的动态在短时间和长度尺度上，可以预测大的时间和长度尺度的现象有关的材料故障。
2018-09-18 cond-mat.soft
Adsorption of the low density lipoproteins on the micropatterned polymer brush: computer simulations
Yukhnovskii Institute for Condensed Matter Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院尤赫诺夫斯基凝聚态物理研究所）；Institute of Applied Mathematics and Fundamental Sciences, Lviv Polytechnic National University（利沃夫国立理工大学应用数学与基础科学研究所）；Department of Internal Medicine No. 2, Danylo Halytskyi Lviv Medical University（丹尼尔·加利茨基利沃夫医科大学第二内科）
本文通过计算机模拟研究束状和网格状接枝微图案对LDL吸附的影响，发现束状图案因尺寸匹配使吸附效率峰值加倍，并扩展了吸附剂应用范围。
2026-09-30 cond-mat.soft
Coarse-grained modeling of polymers with end-on and side-on liquid crystal moieties: effect of architecture
本研究开发了包含扭转势和Gay-Berne液晶相互作用的粗粒化模型，系统研究了不同侧链长度、刚度和连接方式（端接与侧接）对侧链液晶聚合物结构和相变的影响，发现端接系统具有更高的液晶-各向同性转变温度，为设计可逆变形材料提供了指导。
2022-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
M13-phage-based star-shaped particles with internal flexibility
本文构建了以金纳米颗粒为核心、M13噬菌体为棘刺的星形颗粒，通过多种显微与散射技术揭示其内部动力学，证明噬菌体尖端蛋白起熵弹簧作用，将星形聚合物介观模拟研究拓展至噬菌体生物技术。
2023-12-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Primary hemostasis and dynamics of clot formation after microvascular injury
Theoretical Physics of Living Matter, Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心先进模拟所活体物质理论物理）
采用基于粒子的介观流体动力学模拟，研究高剪切流条件下血小板-vWF聚集、血栓生长动力学及栓塞机制，揭示流体动力应力在调节初级止血中的核心作用。
2026-05-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
