Effects of permeability and viscosity in linear polymeric gels
我们提出并分析了凝胶力学的数学模型，包括质量平衡定律和线性动量定律。我们认为凝胶是非线性弹性聚合物和流体的不可混溶和不可压缩的混合物。我们研究的问题是由人体植入式医疗设备的生命周期预测的动机。标度参数建议忽略惯性项，因此，我们考虑准静态近似的动态。我们主要研究线性化系统的平衡解，得到了该不定常问题可解的充分条件。这些原来是保证局部稳定的平衡解决方案的条件。一些感兴趣的平衡解不是无应力的，这一事实给分析带来了额外的挑战，特别是对系统能量定律的推导。并指出了旋转在分析中的特殊作用。从应用的角度出发，指出保证解的稳定性的条件也为器件材料参数的选择提供了依据。我们考虑的边界条件有两种类型，第一种是聚合物组分的控制方程的位移-牵引条件，第二种是流体方程的渗透率条件。我们提出了一个严格的研究，这些条件下的平衡定律的流体之间的凝胶和它的环境的界面。我们还考虑了粘性和非粘性溶剂的情况下，假设牛顿耗散的聚合物组分。我们建立了不同的边界渗透率条件和粘性假设的弱解的存在性。我们提出了数值模拟，研究压力集中的边缘（脱粘）。
2012-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft math.AP
Elastic critical behaviour in a 3d model for polymer gels
用渗流动力学模型研究了聚合物凝胶的弹性响应。通过数值模拟，确定了旋转团簇的回转半径和质心运动的涨落。它们在凝胶化阈值的标度行为给出了与预测$f = d ν$一致的弹性模量$f \sim 2.5 \pm 0.1$的临界指数。
2002-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self assembled linear polymeric chains with tuneable semiflexibility using isotropic interactions
我们提出了一个两体球对称（各向同性）的潜力，使粒子相互作用的潜力自组装成线性半柔性聚合物链没有分支。通过适当控制势参数，我们可以控制聚合物的持续长度，甚至可以引入受控数量的支链。因此，我们展示了如何从球对称势出发实现有效的定向相互作用。自组装聚合物具有类似于蠕虫状胶束系统所观察到的链长的指数分布。随着颗粒密度的增加，聚合物链自组织为有序的六方相，其中每个链被六个平行链包围，转变为一级。当单体密度进一步增加时，有序性被破坏，我们得到支化的凝胶状相。该势可用于模拟具有可调半柔性和排斥体积的半柔性平衡聚合物。使用的潜力是计算便宜，因此，可以用来模拟和探测复杂的胶束动力学与长链。这种潜力还提供了一种在实验中调整胶体相互作用的合理方法，使得人们可以获得由胶体组成的自组装聚合物链并使用光学显微镜探测聚合物动力学。
2017-12-19 cond-mat.soft
Observation and Characterization of the Vestige of the Jamming Transition in a Thermal 3D System
我们研究了对关联函数，$g(r)$，和粒子迁移率的依赖性，在一个致密的三维包装的软胶体聚N-异丙基丙烯酰胺（pNIPAM），一个温敏凝胶。我们发现，我们的样品的$g(r)$是定性的液体在所有的包装分数。在$g_{1}$中有一个峰，即$g(r)$的第一个峰的高度，作为填充分数的函数。该峰值被确定为在零温度下的软无摩擦球体的模拟中在干扰过渡处发现的T=0发散的热残余。在接近$g_{1}$的峰值处，颗粒在实验的时间尺度上被阻滞。
2012-06-28 cond-mat.soft
Gel-Sol Transition of Thermoresponsive Poly(vinyl alcohol) Solution: Validation of the Universal Critical Scaling Relations
当经历凝胶化转变时，材料通过称为临界凝胶状态的独特状态。在这个临界凝胶状态附近，粘度，平衡模量和弛豫时间如何演变相关的标度关系，其普遍性已被验证的材料进行溶胶到凝胶的转变。在这项工作中，我们扩展了这种方法的凝胶溶胶转变的温度响应性聚合物系统的水性聚乙烯醇（PVOH）凝胶，通过临界状态时，温度升高。我们观察到，在附近的临界凝胶状态，平衡模量和粘度表现出幂律依赖于归一化温度的相对距离从临界状态。此外，在凝胶和溶胶状态的弛豫时间显示出对称的幂律发散附近的临界状态。在临界凝胶-溶胶过渡态计算的相应的临界幂律指数和动态临界指数验证了标度和超标度关系最初提出的临界溶胶-凝胶转变非常好。值得注意的是，在不同温度下的频率上的复数粘度的依赖性显示了一个全面的主曲线，而不管温度斜坡率独立地在凝胶和溶胶状态。这一观察结果表明弛豫时间谱的形状如何与温度以及斜坡速率无关。由于溶胶到凝胶以及凝胶到溶胶的转变是彼此相反的，在这项工作中验证的标度关系的适用性表明更广泛的对称性与结构如何演变的临界状态周围的方向无关。
2022-11-25 cond-mat.soft
Analyzing the Gelation Transition through Fractional Viscoelasticity and the Mittag-Leffler-Prabhakar Function
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本文利用分数阶粘弹性模型和基于三参数Mittag-Leffler-Prabhakar函数的模型，研究凝胶化转变中临界凝胶态的标度无关幂律粘弹性行为，并验证了临界指数间的超标度关系。
2026-10-26 cond-mat.soft
Gelation impairs small molecule migration in polymer mixtures
聚合物混合物中低分子量组分的表面分离导致工业制剂的降解。我们报道了在低聚物-聚合物和低聚物-凝胶体系中，温度淬火后同时发生相分离和表面迁移现象。我们计算平衡和随时间变化的移民密度分布和润湿层厚度，粗粒度的分子动力学和介观流体动力学模拟表明，在低聚物凝胶系统的表面迁移显着减少，由于网络弹性。此外，凝胶中的相分离过程显著减慢，修改了Lifshitz-Slyozov-Wagner（LSW）定律$\ell(τ) \sim τ^{1/3}$。我们的工作允许合理设计的聚合物/凝胶低聚物混合物具有可预测的表面偏析特性。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multiscale Dynamics of Lipid Vesicles in Polymeric Microenvironment
了解生物膜与细胞外基质的动态和复杂的相互作用在控制各种细胞行为和功能中起着至关重要的作用，从细胞粘附和生长到信号传导和分化。组织工程的巨大兴趣使得有可能设计模仿天然细胞外微环境的拓扑结构和机械性能的聚合物支架;然而，一个根本问题仍然没有答案：即粘弹性细胞外环境如何修改脂质膜的分级动力学。在这项工作中，我们使用不同分子量的聚乙二醇（PEG）的水溶液来模拟细胞的粘性介质和近单分散的单层DMPC DMPG脂质体作为膜模型。使用小角X射线散射（SAXS），动态光散射，温度调制差示扫描量热法，体流变学和荧光寿命光谱，我们研究了结构相图和多尺度动力学的脂质体聚合物混合物。结果表明，在不同的长度和时间尺度的聚合物链和磷脂双层之间的前所未有的动态耦合。脂质双层的微粘度直接受到整个链的松弛的影响，导致与无聚合物脂质体的情况相比，在短链的情况下双层内脂质的动力学加速。在宏观水平上，双层的凝胶到流体的转变导致聚合物脂质体溶液的显著的热硬化行为，其可以通过脂质体的浓度和聚合物链长度来改变。
2022-07-26 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
Microscopically grounded constitutive model for dense suspensions of soft particles below jamming
University of Geneva（日内瓦大学）；Université Grenoble Alpes & CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学与法国国家科学研究中心，LIPhy实验室）
本文提出一个基于微观机制的构型模型，用于描述致密软粒子悬浊液在阻尼转变以下的流变学特性，预测了剪切稀释和正应力差异等行为。
2023-01-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simplifying Topological Entanglements by Entropic Competition of Slip-Links
拓扑缠结在生物学和材料科学中的聚合物体系中是丰富的，并且常常是有害的。在这里，我们从理论上研究的拓扑简化的结扩散滑动链接（SL），这可能代表生物或合成分子，如蛋白质的基因组或环糊精在滑环凝胶。我们发现，SL的熵与结竞争，并可以本地化它们，大大促进其下游的简化瞬态串交叉。我们进一步表明，结定位的效率在很大程度上取决于SL网络的拓扑结构，并根据我们的研究结果，讨论了控制生物和合成材料拓扑结构的潜在策略。
2020-10-30 cond-mat.soft
Well defined transition to gel-like aggregates of attractive athermal particles
在试图扩大范围的模型干扰过渡，我们模拟系统的无热粒子吸引时，略有重叠。从最近的纯排斥系统的工作，动力学被忽略，并通过势能最小化算法进行放松。我们的中心发现是一个过渡到一个低密度的拉伸固体，这是尖锐的无限系统尺寸的限制。临界密度取决于对势中吸引区的范围。此外，坚固性被证明是有关的协调数的包装根据近似的约束计数计划称为麦克斯韦计数，虽然更多的修正需要考虑的排斥，只有情况下，如所解释的。最后，我们讨论如何在这项工作中遇到的数值困难，可以在未来的研究中克服。
2007-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Evolution of Linear Viscoelasticity across the Critical Gelation Transition
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）
本文发展了线性黏弹性在溶-凝胶转变中演变的理论框架，推导了松弛模量和动态模量的通用表达式，并揭示了动态模量及其导数在临界凝胶点的连续性要求，从而推导出超尺度关系和临界松弛指数的下界。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A minimal coarse-grained model to study the gelation of multi-armed DNA nanostars
DNA是一种令人惊讶的材料，可以用作分子构建块，以纳米级的精度和精度构建周期性阵列和设备。在这里，我们提出了简单的珠弹簧模型的DNA纳米星有三个，四个和五个臂，并研究其自组装分子动力学模拟。我们的模拟表明，DNA纳米星形成结晶稳定的完全键合的凝胶相从一个非结构化的液相与温度的降低。我们通过计算径向分布函数和结构因子等结构特征来表征相变。凝胶化的热力学由体系的势能和平移对熵来量化。采用双态理论模型模拟了从滞留凝胶相到非结构化液相的相变。我们发现，这种转变是双螺旋驱动的，并且构型和平移熵的损失被DNA粘性末端的双螺旋相互作用抵消，这在低温下引起凝胶相。用两相热力学模型测量的体系的绝对转动熵和平移熵也证实了凝胶转变。当从高温接近转变温度时，动力学减慢，证明了向凝胶相的相变。对DNA凝胶化过程的形态、动力学和热力学进行详细的数值模拟研究，可以为今后的实验提供指导，并易于推广到其他聚合物体系，在DNA纳米技术领域具有重要意义。
2021-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jamming transition in a homogeneous one-dimensional system: the Bus Route Model
我们提出了一个驱动的扩散模型，我们称之为巴士路线模型。该模型定义在一维格上，每个格点有两个二元变量，其中一个是保守的（“总线”），另一个是非保守的（“总线”）。公共汽车在首选方向上行驶，并且由于以速率λ到达的乘客的存在而减速。我们通过模拟、启发式论证和平均场论对模型进行了研究.所有这些方法都提供了强有力的证据，证明随着总线密度的增加，在非均匀“阻塞”阶段（总线聚在一起）和均匀阶段之间存在过渡。然而，我们认为，严格的相变只存在于极限λ-> 0。对于小的lambda，我们认为，过渡是由一个突然的交叉，这是指数尖锐的1/lambda。我们还研究了在拥挤的制度巴士之间的差距粗化。另一种解释的模型中，“巴士”和巴士本身之间的空间互换。这描述了一个质点系，其流动性随着静止时间的延长而降低，并且可以为凝胶或粘性材料沿管道的流动提供模型。
1997-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Harnessing entropy to enhance toughness in reversibly crosslinked polymer networks
可逆交联是聚合物材料的设计范例，其中它们用在聚合物链之间形成瞬时交联的化学物质微观地增强。除了自我修复的潜力之外，最近的实验工作表明，在聚合物网络（如凝胶）中自由扩散的可逆交联可以增强材料的韧性，而不会显著改变弹性。这提供了制造高弹性材料的机会，所述高弹性材料在破裂之前可以在很大程度上应变。在这里，我们采用高斯链理论，分子模拟，和网络聚合物自洽场论，以构建一个平衡的图片如何可逆交联可以韧化聚合物网络，而不影响其线性弹性。聚合物熵的最大化驱动可逆交联优先结合在网络中的永久交联附近，导致局部分子增强而不显著改变网络拓扑结构。在平衡条件下，永久交联与相邻的可逆交联有效地分担负荷，形成多功能交联点。因此，该网络被整体增韧，而线性弹性基本上保持不变。提出了实用的指导方针，以优化这种设计在实验中，随着讨论的关键动力学和时间尺度的考虑。
2018-10-23 cond-mat.soft
