Long-range forces extending from polymer-gel surfaces
将微球的水性悬浮液注入不同组成的凝胶周围。溶质被排除在距离凝胶表面100微米量级的区域之外。我们提出的证据表明，这一发现是不是一个文物，溶质排斥力存在的距离远远大于传统理论预测。这些观察结果表明，溶质可能会在一个意想不到的长范围内相互作用。
2003-05-05 cond-mat.soft
Transport in polymer-gel composites: Response to a bulk concentration gradient
本文研究了电解质饱和的聚合物凝胶，嵌入带电的球形夹杂物，电解质浓度的弱梯度的响应。这些复合材料提出了一个模型系统，研究微尺度电动运输过程，和一个严格的理论预测的散装性能将有利于新的诊断应用。在早期的出版物中提出了电动模型，并计算了均匀复合材料对弱电场的响应。在这项工作中，夹杂物上的散装离子通量和强度的电场（或膜扩散电位）诱导的散装电解质浓度梯度的影响进行了计算。有效离子扩散系数被夹杂物显著改变，因此-取决于夹杂物表面电荷或$ζ$ -电势-不对称电解质可以表现为对称电解质，反之亦然。该理论还量化了浓度梯度引起的扰动对平衡扩散双层的流动强度。类似于扩散电泳，流动可以沿着所施加的浓度梯度向上或向下。
2005-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Swelling thermodynamics and phase transitions of polymer gels
我们提出了一个教学审查的溶胀热力学和相变的聚合物凝胶。特别是，我们讨论了如何凝胶的渗透平衡的体积相变的功能是类似于其他过渡所描述的二元混合物的平均场模型，和失败的这种类比在临界点，由于剪切刚度。然后，我们考虑在固定体积的相变，一个相对未开发的聚合物凝胶，导致在一个相分离的平衡，包括共存的富溶剂和溶剂贫乏的凝胶区域的范例。再次，凝胶的剪切刚度被发现有一个深刻的影响的相变，在这里导致宏观形状的变化，在恒定体积的样品，举例说明了可调屈曲的环形样品的聚合物凝胶。通过与极端力学进行类比，其中大的形状变化是通过机械不稳定性实现的，我们制定了极端热力学的概念，其中大的形状变化是通过热力学不稳定性实现的，即相变。
2019-06-12 cond-mat.soft
Topological changes at the jamming and gel transition of a reversible polymeric network
我们研究了遥爪聚合物的网络拓扑结构。遥爪聚合物充当节点之间的连接，节点由其遥爪端基的聚集体组成。我们的分析表明，度分布是双峰的，由两个泊松分布不同的平均度。每个节点的数量以及链路的分布取决于温度。通过比较模拟网络凝胶的本征值谱与重构网络的本征值谱，确定了每个温度下最可能的拓扑结构。
2009-03-13 cond-mat.soft
Large-strain poroelastic plate theory for polymer gels with applications to swelling-induced morphing of composite plates
我们推导出一个大应变板模型，允许描述瞬态，耦合过程涉及弹性和溶剂迁移，通过执行三维多孔弹性理论的降维。我们将该模型应用于聚合物凝胶板，其中一个特定的运动学约束和本构关系举行。最后，我们通过两个数值基准，通过有限元方法求解，评估了板模型相对于父三维模型的精度。我们的研究结果表明，该理论提供了一个有效的计算框架的研究溶胀诱导复合凝胶板的变形。
2016-07-08 cond-mat.soft
Aging of Thermoreversible Gel of Associating Polymers
我们进行了朗之万动力学模拟的两亲性聚合物，含有强关联的贴纸连接长的可溶性链段。我们探索了由粘着剂聚集体（簇）交联的热可逆凝胶的老化，并观察到它们的寿命随着老化而急剧增加。我们发现，所观察到的老化是网络结构重组的结果：交联的数量随着时间的推移而减少，因为小的集群解体，它们的贴纸被大的集群重新吸收，这些集群通过在它们的贴纸之间形成额外的分子内关联而变得更加稳定。
2020-02-02 cond-mat.soft
Partitioning of a polymer chain between a confining cavity and a gel
电解质溶液中带电聚合物统计力学的格点场论方法[S.松切夫河D. Coalson和A. Duncan，Phys.Rev.E60，4257，（1999）]被应用于研究包含在球形空腔中但能够扩散到周围凝胶中的聚合物链。空腔和凝胶之间的聚合物链的分布由其分配系数来描述，该分配系数被计算为链中的单体的数量、单体电荷和溶液中的离子浓度的函数。
2007-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Extreme thermodynamics with polymer gel tori: harnessing thermodynamic instabilities to induce large-scale deformations
当在溶剂浴中加热溶胀的温敏聚合物凝胶时，其排出溶剂并解溶胀。当这种加热缓慢时，去溶胀均匀地进行，如在环形凝胶中观察到的，该环形凝胶在保持其环形形状的同时改变体积。相比之下，如果凝胶被快速加热，则塌陷的聚合物的不可渗透层形成并将溶剂捕获在凝胶内，从而阻止体积变化。随后的凝胶演变发生在固定的体积，导致相分离和发展的不均匀应力变形的环形形状。我们观察到，这种应力可以导致环面屈曲出平面，通过一种类似于加热时弯曲板条的机制。我们的结果表明，热力学不稳定性，即，相变可用于在材料的极端热力学中致动机械变形。
2018-06-28 cond-mat.soft
Structure and Dynamic Evolution of Interfaces between Polymer Solutions and Gels and Polymer Interdiffusion: A Molecular Dynamics Study
本研究通过粗粒化分子动力学模拟，揭示了自由聚合物从溶液扩散进入凝胶的界面动态演化过程，发现界面张力与宽度随浓度增加而增大，并观察到逾渗转变现象。
2024-12-16 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Probing Large Deformation and Fracture Behavior of Physically Assembled Gel System by Varying Polymer Concentration
物理组装凝胶由于其可调的力学性能在许多领域有着广阔的应用前景。在这里，我们报告的物理凝胶体系的物理性质作为一个函数的聚合物体积分数（$ϕ$）由聚（苯乙烯）-聚（异戊二烯）-聚（苯乙烯）[PS-PI-PS]在矿物油。PI嵌段分子量高于缠结分子量，这导致PI嵌段在较高的$ϕ$下缠结。所有凝胶的胶束微观结构导致类似的应力松弛机制，如应力松弛结果的叠加所捕获的。拉伸实验表明，缠结凝胶的应变率依赖性的机械响应。为了捕获的临界能量释放率（$Γ_0$）的范围内的$ϕ$，空化流变和断裂实验进行，我们得到$Γ_0\simϕ^{2.0}$。凝胶模量与体积分数的比例为$ϕ^{2.39}$，其中指数可能由环-桥分数随$ϕ$增加的变化决定。
2020-03-29 cond-mat.soft
Transport in polymer-gel composites: Theoretical methodology and response to an electric field
本文提出了电迁移、扩散和对流传输聚合物-凝胶复合材料的理论模型。体属性来自标准电动力学模型与嵌入在电解质饱和Brinkman介质中的不可穿透的带电球体。由于微结构可以仔细控制，这些材料是有前途的候选人，增强凝胶电泳，化学传感，药物输送和微流体泵送技术。该方法为静电势、浓度和压力梯度引起平衡扰动的情况提供了“精确”解决办法。虽然夹杂物的体积分数应该很小，但麦克斯韦著名的传导理论表明，该理论在中等体积分数下也可能是准确的。在这项工作中，该模型被用来计算离子通量，电流密度和对流引起的外加电场。电场诱导（电渗透）流是一个敏感的指标，包括zeta电位和大小，电解质浓度，达西渗透性的凝胶，而电导率增量是最经常独立的聚合物凝胶，是不太敏感的颗粒和电解质的特性。
2006-01-13 cond-mat.soft
A new bond fluctuation method for a polymer undergoing gel electrophoresis
我们提出了一种新的计算方法来研究聚电解质的凝胶电泳。我们已经开发的方法最初纳入紧密的聚合物部分的滑动运动的电场到键涨落方法（BFM）。这种运动是由于张力在远大于持久长度的距离上通过松弛单体在紧密部分的任一端处的非局部运动来实现的。后一种运动是随机引入的。这种新的BFM克服了传统BFM中聚合物被凝胶纤维捕获在相对大的领域中的众所周知的困难。同时，它也正确地再现了聚合物在消失场极限下的平衡性质。因此，新的BFM变成了一个有效的计算方法来研究凝胶电泳在较宽的电场强度。
1998-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Self-Threading Ring Polymers in a Gel
我们研究了环状聚合物在低浓度下在背景凝胶中扩散的动力学。我们这样做是为了探索环状聚合物的拓扑结构和动力学之间的相互作用。我们开发了一种算法，该算法考虑到环通过自身（即“自穿线”）阻碍自身运动的可能性。我们的研究结果表明，自线程的数量规模广泛的环的长度，这是基本上独立的模型的细节。研究发现，环动力学的减慢与有助于运动的部分的比例有关。我们的研究结果提供了一个新的角度来看，在凝胶中的环状聚合物的运动，这是一个完整的理论仍然缺乏，并可能帮助我们理解不可逆捕获的环状聚合物在凝胶电泳实验。
2014-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonlinear viscoelasticity and generalized failure criterion for polymer gels
聚合物凝胶表现为软粘弹性固体，并表现出一般的非线性力学响应，其特征在于在不可逆失效之前显著硬化，最常见的是通过宏观断裂。在这里，我们的目的是捕获后一种情况下的蛋白质凝胶使用的非线性积分本构方程建立在（$i$）的线性粘弹性响应的凝胶，在这里很好地描述了幂律松弛模量，和（$ii$）的非线性粘弹性的凝胶，编码成“阻尼函数”。这样的形式主义定量预测的剪切启动实验的凝胶机械响应，宏观故障的发病。此外，由于凝胶失效涉及宏观裂纹的不可逆增长，我们耦合后者的应力响应与贝利的脆性固体的耐久性准则，以预测在故障点的应力$σ_c$和应变$γ_c$的临界值，以及它们如何与所施加的剪切速率缩放。理论和实验之间的良好的协议表明，在这种软粘弹性凝胶的裂纹增长是一个马尔可夫过程，贝利的标准远远超出了硬材料，如金属，玻璃，或矿物。
2017-01-05 cond-mat.soft
Amphiphilic co-polymer network gel films based on tetra-poly(ethylene glycol) and tetra-poly(ε-caprolactone)
为了允许亲水性和疏水性物质的同时运输，具有精细分布的亲水性和疏水性组分的聚合物网络是非常合适的。在设计新的软质材料（如涂层）时，除了体积相的结构外，界面处的结构也起着关键作用。在这项研究中，两个交替的四臂星形聚合物聚（ε-己内酯）（四-PCL-Ox）和氨基封端的聚（乙二醇）（四-PEG-NH 2）形成一个两亲性共聚物网络。它们作为一个模型系统，用于控制和理解的结构-性能关系的界面上的ACN凝胶。将描述凝胶膜的不同合成策略与其所得性质之间的相关性。通过各种旋涂技术，可实现对膜厚度和粗糙度的控制，并突出显示与宏观凝胶样品的差异。原子力显微镜（AFM）测量揭示了不同极性的溶剂对溶胀能力和表面结构的影响。这与ACN凝胶膜上的机械性能的AFM调查相关，证明了对所得弹性模量E的强烈影响，这取决于合成过程中良溶剂的存在或不存在。此外，与非选择性溶剂甲苯相比，在选择性溶剂水的存在下获得更高的E模量。这一观察结果是通过显示不同的疏水性的四臂星形聚合物的选择性溶胀来解释的。
2022-04-19 cond-mat.soft
Repton model of gel electrophoresis in the long chain limit
蠕动控制着长链聚合物在封闭环境中的运动。松弛在端部进入并沿着聚合物扩散作为存储长度。存储长度扩散的速率限制了链条可以漂移的速度。本文将储存长度扩散速率与聚合物被限制在其中的管的构象联系起来。在长聚合物链和弱电场的标度极限下，保持聚合物长度与电场的乘积有限，管长和存储长度密度取其零场值。然后，漂移速度仅取决于聚合物在场方向上的端对端分离。
1997-02-14 cond-mat.soft
Dynamic Scaling of Polymer Gels Comprising Nanoparticles
我们提出了动态光散射（DLS）测量的软聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯酰胺（PA）的聚合物凝胶与捕获机构（乳胶球或磁赤铁矿纳米粒子）。我们发现，被困粒子的异常扩散率可以分析的分形高斯网络凝胶模型的DLS技术探测的整个时间范围内。该模型是一个推广的线性链的劳斯模型扩展的结构与幂律网络连接的缩放，其中包括两个膨胀和均匀的散装凝胶限制。对于强散射颗粒在凝胶中的稀分散体，在小波矢处的散射电场关联函数理想地探测包裹颗粒的凝胶部分的自扩散。我们的结果表明，根据关联函数计算的随时间变化的扩散系数从短时间的自由扩散状态变化到长时间的异常亚扩散状态（位移逐渐停滞）。这些区域之间的特征过渡时间取决于散射矢量$\sim q^{-2}$，而时间衰减幂指数趋于小$q$时体网络的预期值。将所有散射矢量和所有样品的扩散曲线缩放为单个主曲线。
2014-07-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structuring polymer gels via catalytic reactions
我们使用计算机模拟来研究如何在聚合物溶胶中的催化反应可以诱导聚合物凝胶的形成。为了这个目的，我们考虑一个解决方案的均聚物中，自由扩散的催化剂转换成有吸引力的B的最初排斥A单体。我们发现，在低温下，该反应将聚合物溶液转化为具有簇相形式的非常规则的介观结构的物理凝胶，在通过温度淬火获得的通常的均聚物凝胶中不存在。我们研究了这种微观结构如何取决于催化剂浓度，温度和聚合物密度，并表明其形成的动力学可以理解的半定量的方式使用粒子之间的相互作用势作为输入。共聚物的结构和AB序列从反应中产生的相关的无规共聚物的相行为的上下文中可以讨论。在我们的模拟中发现的旋节线的位置与分析预测是一致的。最后，我们表明，所观察到的结构不仅取决于A和B单体的化学分布，但也对这种分布的形成模式。
2017-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical stress induced by the polymerisation of an active gel near a surface
Institut Curie, PSL Research University, CNRS UMR 168（居里研究所，PSL研究大学，CNRS联合研究单位168）
研究细胞膜下细胞质骨架中肌动蛋白流动引起的机械应力机制，通过流体动力学模型分析凝胶压缩性、界面摩擦和肌动蛋白周转对膜应力的影响，确定线性不稳定性条件。
2026-05-12 cond-mat.soft q-bio.SC
Overcooked agar solutions: impact on the structural and mechanical properties of agar gels
热可逆水凝胶通常通过冷却至环境温度来制备，首先使聚合物水溶液沸腾。聚合物溶液在这种高温下的温育时间通常保持在最小值，以使其对随后的凝胶化的影响最小化。在这里，我们研究了在$T=80^{\circ}$ C（远高于胶凝温度）下长期加热1.5% w/w琼脂溶液的效果。多糖溶液的孵育时间$\mathcal{T}$从几小时到五天不等。我们表明，琼脂溶液的年龄作为水解和多糖的分子内氧化的结果。因此，溶液的粘度和pH值在孵育期间持续下降。此外，将在不同孵育时间取出的样品冷却以形成凝胶，系统地测定其结构和机械性能。冷冻显微镜和X-射线衍射实验表明，琼脂凝胶形成的解决方案，增加孵育时间，显示一个粗糙的微观结构组成的微米级的箔，导致从缩合的多糖和对比与纤维状微观结构的凝胶制备从新鲜的琼脂溶液。随着结构变化，聚合物溶液在$T=80^{\circ}$ C下的孵育时间延长导致剪切弹性模量显著降低的较弱琼脂凝胶。此外，广泛的宏观压痕实验耦合到直接可视化表明，增加琼脂溶液的孵育时间长达几天，降低了凝胶的屈服应变，而破裂的情况下，不断从脆性转向韧性。我们的研究表明，琼脂溶液在高温下的孵育时间可以用来调整琼脂基凝胶的机械性能。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci 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
Control of polymer gel surface pattern formation and its three dimensional measurement method
我们报道了凝胶化表面斑图形成的可控性。最近，我们发现并研究了一种新型的斑图形成，发生在自由基聚合（凝胶化）过程中。斑图形成是在准二维凝胶化的开顶边界中观察到的。在以前的研究中，我们已经使用二维照片的图像处理来分析模式。然而，实际图案是三维表面变形。因此，我们开发了一个三维测量系统，使用线激光位移传感器和自动X-工作台。利用方向图可控性对系统测量的方向图进行了分析和讨论。特别是，我们专注于使用外部温度场的图案控制的可能性。其结果是，我们揭示了全球结构可以控制，而特征长度尺度（波长和振幅）是不可控制的。
2011-02-16 cond-mat.soft nlin.PS
Analysis of Shear-Thickening in Physical Gel. A Stochastic Theory for Polymer Networks
通过引入物理交联网络（物理凝胶）动力学模型，导出了稳态剪切粘度的计算公式，并成功地分析了Jenkins，Sileibi和El-Aasser在HEUR水溶液中观察到的剪切增稠行为。我们考虑到环链的影响，在交界处脱离他们的一端从交界处的剪切速率增加，由于与其他链的碰撞。这一过程产生了链的数量的微弱和广泛的增加，其两端粘到单独的连接点（活性链），导致剪切粘度的微弱增加。研究还表明，活性链所承受的非线性力导致稳态剪切粘度的强烈和急剧的增强。
2002-12-04 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
Gel Formation in Reversibly Cross-Linking Polymers
通过Langevin动力学模拟，我们研究了无规官能化聚合物在溶液中的凝胶形成，具有形成分子内和分子间可逆键的能力。在高度稀释的条件下，这些聚合物形成柔软的纳米物体（所谓的单链纳米颗粒，SCNP），这是由反应性官能团的纯分子内交联产生的。在这里，我们表明，在有限浓度的分子内和分子间的债券之间的竞争是由各种熵的贡献的微妙的平衡，并导致密度依赖的有效价。系统跨越网络形成在相对较低的单体密度和它们的稳定性介导的只是一个小数目的分子间连接每个链。此外，分子间键的形成可以诱导聚合物尺寸对长键寿命的密度的非单调依赖性。同时，聚合物的聚合物的集群采用分子内结构的特点，自避免链，这构成了一个强烈的对比，不可逆SCNP在拥挤的解决方案与纯粹的拓扑相互作用（没有分子间键）的分形球状行为。最后，我们研究了系统的动力学，它显示了可逆凝胶形成系统所期望的签名。一个有趣的行为出现在重组动力学的集群。弛豫主要是通过长距离扩散介导的，通过断裂和形成键，不离开弛豫簇的链。关于短暂游离的少数链，它们重新附着到簇上所花费的时间完全由键强度决定。
2020-12-01 cond-mat.soft
Rheological Study of Transient Networks with Junctions of Limited Multiplicity II. Sol/Gel Transition and Rheology
基于瞬态网络理论，考虑了聚合物链之间通过网络连接的相互作用，研究了遥爪聚合物形成的瞬态凝胶的粘弹性和热力学性质。根据Scanlan和Case的判据，通过引入弹性有效链，将凝胶的整体信息纳入到理论中。我们还考虑了超桥的影响，其骨干是由几个链串联连接几个可断裂的结内。在溶胶/凝胶转变的临界浓度附近，超级桥沿着主链变得无限长，从而导致网络的短弛豫时间$τ$。结果表明，在凝胶点附近，$τ$与浓度偏差$Δ$成正比。由于平均场处理，平台模量$G_{\infty}$随着凝胶化点附近$Δ$的立方而增加，因此零剪切粘度随着$η_0\sim G_{\infty}τ\simΔ^4$而增加。动态剪切模量的麦克斯韦模型的描述，它表明，本模型可以解释的浓度依赖性的遥爪聚（环氧乙烷）的水溶液的动态模量。
2006-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Determining equilibrium osmolarity in Poly(ethylene glycol) / Chondrotin sulfate gels mimicking articular cartilage
我们提出了一个实验指导的，多相，多物种的凝胶模型，使定量预测的电化学特性的关节软骨。混合物理论由两种不同类型的聚合物组成：聚乙二醇（PEG）、硫酸软骨素（ChS）、水（作为溶剂）和几种不同的离子：H $^+$、Na $^+$、Cl $^-$。聚合物链具有使用Doi橡胶弹性理论建模的共价交联。聚合物的体积分数和净渗透压（在整个凝胶的溶质浓度的差异）的数值研究表明，离子浴浓度，pH值，聚合物质量的溶剂和每个单体的平均电荷之间的相互作用;管理的平衡溶胀/去溶胀状态的凝胶。我们的结论是，由于每个单体的平均电荷较高（或较高百分比的充电的ChS组分的聚合物），在浴中的低溶质浓度，高pH值或低交联分数的辅助溶胀。然而，溶胀-去溶胀转变可以是连续的或不连续的，这取决于各种竞争力的相对影响。
2013-08-20 cond-mat.soft q-bio.TO
Fabrication of Fiber-Reinforced Polymer Ceramic Composites by Wet Electrospinning
我们提出了一种新的方法，湿静电纺丝生产纤维增强聚合物陶瓷复合材料，其中反应性陶瓷前驱体凝胶用作收集器。我们通过在硅酸钾凝胶中产生聚环氧乙烷（PEO）纤维来说明我们的方法;该凝胶随后使用偏高岭土活化以产生陶瓷-0.5重量% PEO纤维复合材料。复合材料的压痕模量和压痕硬度分别提高了29%和22%。我们的初步研究结果表明，该工艺的可行性，并可能导致一个潜在的可扩展的纤维增强聚合物陶瓷复合材料的制造方法。
2021-10-15 cond-mat.soft physics.app-ph
Chemically symmetric and asymmetric self-driven rigid dumbbells in 2D polymer gel
我们采用计算机模拟揭示了二维聚合物凝胶中自驱动化学对称和非对称刚性哑铃的平移和旋转动力学。我们的研究结果表明，活动或自我推进总是提高哑铃的动态。使自推进哑铃化学不对称导致动力学的进一步增强。此外，自推进的方向是化学不对称哑铃的关键因素，其中朝向哑铃的非粘性半部的自推进导致与朝向哑铃的粘性半部的自推进的情况相比更快的平移和旋转动力学。我们的分析表明，对称和不对称的被动刚性哑铃都被困在聚合物凝胶的网格内，但化学不对称性总是有利于哑铃的网格到网格运动，并且当哑铃自推进时甚至更明显。这导致随着自推进的增加，van Hove函数中出现多个峰值。简而言之，我们相信我们的计算机模拟研究可以指导研究人员设计高效的人工微泳者，这些微泳者在特定位点的递送中具有潜在的应用。
2022-03-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Solvent contribution to the stability of a physical gel characterized by quasi-elastic neutron scattering
物理凝胶，即低分子量有机胶凝剂{ \textit甲基-4，6-O-亚苄基- $α$ -D-吡喃甘露糖苷（$α$ -manno）}在水和甲苯中的动力学通过中子散射探测。使用高胶凝剂浓度，我们能够确定，从几个ps到1 ns的时间尺度上，由胶凝剂形成的刚性网络固定的溶剂分子的数量。我们发现每个凝胶因子只有很少的甲苯分子参与凝胶因子糖部分之间通过氢键形成的网络。然而，在水中，导致凝胶形成的相互作用较弱，涉及偶极、疏水或$π-π$相互作用，并且在胶凝剂和周围的水之间形成氢键。因此，每个胶凝因子约10至14个水分子通过网络的存在而被固定。这项研究表明，中子散射可以提供有价值的信息的行为，溶剂限制在分子凝胶。
2015-02-05 cond-mat.soft
On the Nature of Freezing/Melting Water in Ionic Polysulfones
通过差示扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和分子动力学（MD）模拟研究了磺化聚砜在不同离子含量下的水合行为。实验证据表明，在相当的离子含量下，沿着聚合物主链的离子基团之间的间距可以显著影响聚合物中存在的熔融水的量。当我们只考虑能与四个相邻水分子形成氢键的水分子作为熔融水时，分子动力学模拟结果与实验数据吻合较好。因此，通过DSC测量的水的状态可以被描述为“聚集”（或块状）的熔融组分，和“孤立”的非熔融部分。使用该物理图像，具有更多聚集离子的聚合物具有更高的熔融水含量，而具有相同离子含量但具有更多分散离子的聚合物具有更低的熔融水含量。因此，离子应该被很好地分散以使离子聚合物膜中的本体状水的量最小化。
2021-07-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
From real polymers to random graphs: percolation thresholds in associative polymer solutions
Institute of Physics, Johannes Gutenberg-University（约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）
研究缔合聚合物溶液中溶胶-凝胶转变阈值，结合分子动力学模拟与随机图模型，发现无坐标随机图恢复平均场极限，随机几何图能定量再现渗流阈值，确立其为描述拓扑转变的预测框架，可从单链构象信息推断凝胶化等。
2026-07-31 cond-mat.soft
Negative energy elasticity in a rubberlike gel
橡胶弹性是热力学第二定律中熵力的原型;对天然橡胶和合成橡胶的大量实验和理论研究表明，弹性主要源于形变的熵变。类似地，在含有大量溶剂的聚合物凝胶中，也已经假定剪切模量（刚性模量）$G$（其为一种弹性模量）近似等于熵贡献$G_S$，但是这还有待于实验验证。在这项研究中，我们测量的剪切模量$G$在橡胶状（超弹性）聚合物凝胶的聚合物体积分数是最多0.1的温度依赖性。结果，我们发现能量贡献$G_E=G-G_S$可以是显著的负值，达到剪切模量$G$的两倍（即，$\left|G_E\right| \simeq 2G$），尽管稳定材料的剪切模量通常必然为正。我们进一步认为，能量的贡献$G_E$是由一个消失的温度，这是一个通用的功能的归一化聚合物浓度，和$G_E$消失时，溶剂被删除。我们的研究结果突出了橡胶弹性和凝胶弹性之间的本质区别（以前认为是相同的），并将凝胶弹性的既定领域推向一个新的方向。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An Analysis of the Gel Point of Polymer Model Networks by Computer Simulations
由计算机模拟数据确定了末端连接模型网络的凝胶点。结果表明，真正的凝胶点转换，$p_{\text{c}}$，和凝胶点，$p_{\text{c,id}}$，理想的平均场预测之间的差异是一个函数的平均交联数每渗透体积的网络链，$P$，因此，包含一个明确的依赖于连接功能$f$。相反，在凝胶点处的分子内反应的量在第一近似中与$f$无关，并且与凝胶点延迟$p_{\text{c}}-p_{\text{c,id}}$相比，对弹性股线的重叠数表现出不同的幂律依赖性。因此，$p_{\text{c}}-p_{\text{c,id}}$不能从分子内反应中预测，反之亦然，这与文献中长期存在的建议相反。相反，$P>1$对$p_{\text{c}}-p_{\text{c,id}}$的主要贡献来自于桥接空间分离的巨大分子之间的间隙所需的额外键（XB），并且大致上是$\propto\left(P-1\right)^{-1/2}$。结垢的进一步校正是由于非理想的反应动力学，组成波动，和不完全筛选排除体积，这是简要讨论。
2021-04-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Evanescent Gels: Competition Between Sticker Dynamics and Single Chain Relaxation
该研究通过非平衡布朗动力学模拟缔合聚合物凝胶，揭示网络结构与流变响应的差异，并由贴纸解离和单链弛豫的时间尺度竞争界定瞬逝凝胶机制。
2024-02-10 cond-mat.soft
Nano-silica based Aqueous Colloidal Gels as Eco-friendly Thixotropic Lubricant
本研究提出一种由NaCl和二氧化硅纳米颗粒形成的水性触变性胶体凝胶，通过调节流变性能，在钢-钢界面实现超低摩擦与近零磨损，性能显著优于干摩擦与水润滑。
2025-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural and dynamical properties of gel networks
在胶体-聚合物混合物中，胶体颗粒之间的耗尽吸引力和长程排斥力的竞争导致了非均相凝胶状结构的形成。例如，凝胶网络，即，胶体排列成横跨整个体系的细线的状态发生在低填充分数下，因为吸引力比平衡液-流体相分离的双结点线处的吸引力更强。通过使用布朗动力学模拟，我们探讨了凝胶网络的形成，结构和老化动力学。我们确定了简化网络，专注于凝胶网络中的基本连接。我们比较所观察到的性质的笨重的凝胶或集群流体。我们的研究结果表明，胶体聚合物混合物中的稳定或亚稳定异质态的结构以及（通常是缓慢的）动力学在不同的长度和时间尺度上具有不同的特征，因此是丰富的潜水员。
2021-02-26 cond-mat.soft
Shearing-induced contact pattern formation in hydrogels sliding in polymer solution
在高分子浓溶液中，原位观察了旋转剪切过程中水凝胶与玻璃表面的接触。首次观察到与凝胶的旋转剪切同相旋转的动态接触图案。随着剪切时间的延长，接触斑图在圆周方向上呈现出周期性，并逐渐发展为精细的特征。在较高的滑动速度、聚合物浓度和正常压力下，图案出现得更快。此外，凝胶的柔软度也显著影响图案的特征。根据聚合物溶液在旋转软界面处的非线性流变性讨论了斑图形成。
2019-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Classification of interfacial water governed by water-polymer interactions in hydrated polymers: A molecular dynamics simulation study of ethylene-based and acrylate polymers
The University of Osaka（大阪大学）
通过分子动力学模拟，研究七种水合聚合物中水-聚合物相互作用对界面水行为的影响，将水合类型分为高度水合、疏水和柔性水合三类。
2026-05-09 cond-mat.soft
Gelation dynamics upon pressure-induced liquid-liquid phase separation in a water-lysozyme solution
采用X射线光子相关光谱法，我们测量了水-溶菌酶溶液中压力诱导液-液相分离（LLPS）的动力学和动力学。散射不变量和动力学信息提供的证据表明，该系统达到相边界后，压力引起的LLPS没有逮捕的迹象。随着淬火深度的增加，粗化速度减慢。的$g_2$ -功能显示两步衰减与逐渐增加的非遍历性参数典型的凝胶化。我们观察到快速超扩散（$γ\geq 3/2$）和缓慢亚扩散（$γ< 0.6$）运动与快速粘弹性波动的网络和一个缓慢的粘性粗化过程，分别。动力学年龄与时间呈线性关系$τ\propto t_\mathrm{w}$，我们观察到更深的淬火粘弹性松弛的开始。我们的研究结果表明，蛋白质溶液凝胶达到相边界。
2021-07-11 cond-mat.soft
Optogenetic control of intracellular flows and cell migration: a comprehensive mathematical analysis with a minimal active gel model
细胞的肌动蛋白细胞骨架是在连续的运动，由于两个聚合的新丝和收缩的肌球蛋白II分子马达。通过粘附到基质上，这种细胞内流动可以转化为细胞迁移。最近，光遗传学已经成为一种新的强大的实验方法来控制肌动蛋白聚合和肌球蛋白II收缩。虽然聚合的光遗传学控制可以通过产生突起来启动细胞迁移，但是收缩的光遗传学控制是否以及如何也可以影响细胞迁移尚不清楚。在这里，我们分析后者的情况下，使用一个最小的变体的活性凝胶理论，我们包括光遗传学激活作为一个时空约束扰动。该模型可以描述在光遗传学实验中观察到的肌动球蛋白系统的对称流动，但不能描述细胞迁移所需的持久极化。运动的解决方案成为可能，如果细胞骨架聚合包括通过边界条件。然后，收缩的光遗传激活可以在对称伸展的细胞中启动运动，并在不对称聚合的细胞中加强运动。如果设计得当，它也可以阻止运动，即使是扩张的边界。
2021-07-06 cond-mat.soft q-bio.SC
Local structure and dynamics in colloidal fluids and gels
软物质系统中的凝胶是物质的一种重要的非遍历状态。我们研究了一种胶体-聚合物混合物，它通过增加聚合物浓度而淬灭，从流体到凝胶。使用共聚焦显微镜，我们研究静态结构和动态的三维（3D）。动态逮捕的凝胶和遍历流体组成的孤立的颗粒之间，我们发现一个中间的“簇流体”的状态，其中的“债券”之间的胶体粒子有一个有限的寿命。局部动力学让人想起流体，而局部结构几乎与凝胶相同。在单粒子水平上同时进行实时局部结构分析和3D粒子跟踪产生了以下有趣的信息。团簇中的颗粒以高度相关的方式移动，但同时表现出显着的动力学不均匀性，反映了自由表面附近的流动性增强。更深的猝灭最终导致凝胶状态，其中“键”寿命超过实验的寿命，尽管局部结构与“团簇流体”几乎相同。
2009-04-17 cond-mat.soft
Scaling of poroelastic coarsening and elastic arrest in crosslinked gels
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究通过耦合毛细驱动达西渗透与聚合物网络的粘弹性到弹性过渡，揭示了交联凝胶中溶剂富区粗化及弹性阻滞的标度关系，提出了基于刚度的粗化和阻滞定律。
2026-05-18 cond-mat.soft
Two plateau moduli for actin gels
已经报道了肌动蛋白溶液中平台模量的实验结果：通常利用缠结作为宏观储能模量来源的想法与柔性聚合物的粘弹性行为进行类比。我们解决了明显的实验和理论上的矛盾，指出两个不同的平台制度作为频率的函数的半柔性聚合物的半稀溶液的可能性。我们指出，在宏观尺度上，纵向位阻和横向位阻会产生非常不同的影响。
1997-04-17 cond-mat.soft
Predictive model of polymer reaction kinetics and coagulation behavior in seeded emulsion co- and ter-polymerizations
建立了一个描述乳液共聚合和三元共聚合动力学的数学模型。该模型是基于经典的史密斯-埃瓦特（SE）方程，在伪均聚方法，与国家的最先进的模型，自由基进入和解吸。对于共聚物和三元共聚物，模型中存在与单体特异性凝胶效应系数相关的未知参数，这些参数是计算双分子终止反应速率所需的。通过对\textit{n} -丙烯酸丁酯（n-BA）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）的均聚和共聚的文献数据的模型的广泛校准来确定未知参数。然后将如此获得的预测模型应用于n-BA和MMA与甲基丙烯酸2-羟乙酯（2-HEMA）的三元聚合的建模，其中过硫酸钠（SPR）作为引发剂：颗粒尺寸和转化率的时间演变的预测与使用动态光散射（DLS）和气相色谱（GC）的实验测量非常一致，调整与2-HEMA相关的凝胶效应系数。所开发的模型是用来量化的表面活性剂的表面覆盖的颗粒，以及在整个聚合过程中的系统中的抗衡离子的总浓度。这一关键信息提供了一种合理化和控制整个聚合过程中凝聚行为的方法。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Arrested state of clay-water suspensions: gel or glass?
本文用小角X射线散射（Q=0.03 - 5 nm ~（-1））和动态光散射（Cw = 0.6%-2.8%）研究了不同粘土浓度下带电胶体体系的老化。静态结构因子S（Q）是老化时间和浓度的函数。这是第一个直接的实验证据的存在和演化与老化时间的两个不同的逮捕状态在一个单一的系统中简单地获得只有通过改变其体积分数：一个不均匀的状态是在低浓度达到，而一个均匀的发现在高浓度。
2008-01-24 cond-mat.soft
Modeling Gel Swelling Equilibrium in Mean-Field: From explicit Models to Poisson-Boltzmann
我们发展了一个双平均场论的精神，细胞模型方法的带电大凝胶浸在电解质溶液中。我们首先证明了一个单一的明确的粗颗粒带电聚合物在一个细胞的平衡采样产生准确的预测的溶胀平衡，如果几何形状是适当的选择和所有的压力贡献已被准确地纳入。然后，我们取代明确的柔性链由适当建模的可穿透的带电杆，允许计算所有的压力项内的泊松-玻尔兹曼近似。这个模型，虽然计算便宜，产生良好的预测不同的链长下的溶胀平衡，聚合物电荷分数，和外部水库盐浓度相比，粗粒度的分子动力学模拟带电大凝胶。我们提出了一个扩展的模型的实验相关的情况下，pH敏感的凝胶。
2019-05-13 cond-mat.soft
Water is not a Dynamic Polydisperse Branched Polymer
Naserifar和Goddard的贡献论文报告说，他们在环境条件下的RexPoN水模型将液态水模拟为动态多分散支化聚合物，他们推测这解释了过冷区域中液-液临界点（LLCP）的存在。我们的工作解决了几个严重的事实错误和不必要的猜测，在他们的论文中，他们的解释，他们的模型和其含义的LLCP在过冷水。
2019-05-23 cond-mat.soft physics.chem-ph
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
Colloidal Gels Tuned by Oscillatory Shear
我们研究微观结构和机械的变化，发生在振荡剪切流动和改造后停止流动的中间体积分数的胶体凝胶使用流变学和布朗动力学（BD）模拟。使用模型耗尽胶体-聚合物混合物，其包括添加非吸附性线性聚合物链的硬球胶体悬浮液。结果表明，三个不同的制度取决于振荡剪切的应变振幅。大的剪切应变幅度完全破坏结构，这导致流动停止后形成更均匀和更强的凝胶。中间的应变幅度致密的集群，并导致高度不均匀和弱凝胶。将凝胶剪切到甚至更低的应变幅度产生更少的异质性更强的固体。这三个制度的剪切连接到微观剪切引起的结构不均匀性。与定常剪切流的比较表明，后者不产生结构的不均匀性大的振荡剪切。因此，振荡剪切是一种更有效的方式来调整胶体凝胶的机械性能。此外，在大的应变振幅下预剪切的胶体凝胶表现出明显的非线性响应，其特征主要是由一个单一的屈服过程，而在那些在较低的速率下预剪切的两个步骤的屈服过程是促进由于高度异质结构的创建。
2017-07-10 cond-mat.soft
Collapse of Telechelic Star Polymers to Water-Melon Structures
利用数值模拟和分析变分理论研究了带有吸引端基的星形聚合物聚集体（遥爪星形聚合物）的构象性质。我们专注于低遥爪星形聚合物的功能，$f \leq 5$，一个条件，允许所有有吸引力的单体聚集在一个网站上的情况。我们建立了从“星爆”到“西瓜”大颗粒结构的转变温度的官能度和聚合数依赖性。延伸到遥爪星具有部分塌陷的配置也进行了讨论。
2006-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The evaporation of concentrated polymer solutions is insensitive to relative humidity
本文证实浓缩聚合物溶液在相对湿度高达约80%时蒸发不敏感，并指出更高湿度下的蒸发速率下降与界面聚合物凝胶化及压缩应力有关，该现象对气溶胶传播呼吸道病毒具有相关性。
2023-11-27 cond-mat.soft
