Multiscale modelling of polymer structure and conformations in polymer nanocomposites: A Review
在过去的二十年里，聚合物纳米复合材料由于其与聚合物共混物相比的先进性能而受到工业界和学术界的极大关注。许多计算研究表明，聚合物纳米复合材料的宏观性能强烈依赖于微观聚合物结构和构象。在这篇文章中，我们回顾了模拟研究的基本问题的聚合物结构和尺寸的纳米复合材料含有裸露的球形或棒状纳米粒子。实验上，在聚合物基体中加入纳米颗粒是否会扰乱聚合物链存在争议。
2015-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Multiscale approach to equilibrating model polymer melts
我们提出了一个有效的和简单的多尺度方法平衡Kremer Grest模型的聚合物熔体的刚度变化。在我们的方法中，我们逐步平衡熔体结构以上的管规模，管内，最后在单体规模。我们利用设计为在每个尺度上计算有效的模型。通过蒙特卡罗模拟退火的晶格聚合物模型的熔体结构中的密度波动以上的管规模最小化。随后的熔体结构低于管规模的平衡，通过劳斯动力学的力帽Kremer-Grest模型，允许链部分相互渗透。最后引入Kremer-Grest力场来冻结拓扑状态并强制正确的单体堆积。我们生成了用于不同链刚度的$10.000$珠的$500$链的$15$熔体以及具有$15.000$单体的$1.000$链的许多熔体。为了验证平衡过程，我们研究了单体，介观和宏观尺度下的体积，集体和单链观测量的时间演化。将本方法扩展到更长的、支化的或多分散的链和/或更大的系统尺寸是直接的。
2016-06-02 cond-mat.soft
Multiscale equilibration of highly entangled isotropic model polymer melts
我们提出了一个计算效率高的多尺度方法制备平衡，各向同性长链模型聚合物熔体。作为一个应用程序，我们产生的Kremer-Grest熔体的$1000$链与$200$纠缠和$25000$ - $2000$珠每链，其中包括实验相关的弯曲刚度达到和超过各向同性的过渡的限制。在第一步中，我们采用蒙特卡罗模拟的晶格模型，以平衡以上的管规模的大规模链结构，同时确保空间均匀的密度分布。然后，我们使用的理论洞察力从约束模式管模型引入珠自由度与随机行走构象统计一直到库恩规模的链。随后是一系列模拟与仔细参数化的力帽珠弹簧模型，慢慢地介绍了当地珠包装，同时再现更大规模的链统计的目标Kremer-Grest系统在所有级别的力帽。最后，我们可以切换到完整的Kremer-Grest模型，而不扰动结构。由此产生的链统计是在所有的长度尺度上访问的蛮力模拟较短的链与文献结果非常一致。
2022-12-02 cond-mat.soft
Multiscale simulation of polymer melt spinning by using the dumbbell model
我们研究了聚合物材料的纺丝过程，通过使用多尺度模拟方法，通过应力和应变率张量场连接宏观和微观状态，通过使用拉格朗日粒子（填充有聚合物链）沿纺丝线。我们在流体中引入大量的拉格朗日流体粒子，每个粒子都含有Np Hookean哑铃来模拟聚合物链（Np= $10^4$），在Np $\rightarrow \infty$的极限下，它等价于上随体Maxwell流体.根据雷诺数Re，我们研究了（a）Re =0和（b）有限Re情况下，不同拉伸比Dr，范围从10到30，以及两个典型的Deborah数De= $10^{-3}$和De= $10^{-2}$的纤维的动力学行为。在Re $\rightarrow$ 0（a）极限下，随着Deborah数De的增加，弹性效应使系统稳定。在有限Re（b）下，我们发现惯性效应在决定纺丝过程的动力学行为中起着重要作用，并且对于Dr= $10^{-2}$，系统是相当稳定的，至少在Dr=30的拉伸比下是如此。我们还发现纤维速度和截面面积仅由拉伸比决定。通过比较的速度和截面面积分布与端点分布的哑铃连接矢量，哑铃位于拉格朗日粒子沿典型的地方沿自旋线，我们表明，我们的多尺度模拟方法成功地桥梁系统的微观状态，其同时宏观流动行为。它也被证实，目前的计划给出了很好的协议与麦克斯韦本构方程得到的结果。
2016-09-03 cond-mat.soft
Rheology of a supercooled polymer melt near an oscillating plate: an application of multiscale modeling
采用分子动力学（MD）和计算流体力学（CFD）的混合模拟方法，模拟了由短链和10个珠粒组成的过冷聚合物熔体在振荡平板附近的流动行为。在该方法中，宏观动力学通过使用CFD来求解，但是，代替使用任何本构方程，通过使用在CFD计算中的每个晶格节点处关联的非平衡MD模拟来计算局部应力。可以看出，熔体的局部流变性在振荡板附近产生的薄粘性扩散层中变化很大。研究还发现，熔体的局部流变分为三个不同的区域，即，粘性流体、粘弹性液体和粘弹性固体状态，根据局部Deborah数$De$，其用Rouse或$α$弛豫时间、$τ_R$或$τ_α$以及板$ω$的角频率定义为$De^R$ = $ωτ_R$或$De^α$ = $ωτ_α$。当$De^R\lesssim 1$时，熔体表现为粘性流体，并且在$De^α\simeq 1$周围发生液体状和固体状状态之间的交叉。
2009-02-02 cond-mat.soft
Multiscale simulation of a polymer melt flow between two coaxial cylinders under nonisothermal conditions
我们成功地扩展了多尺度模拟（MSS）的方法，非等温良好纠缠的聚合物熔体在两个同轴圆柱之间的流动。在多尺度模拟中，宏观流动系统通过速度梯度张量、应力张量和温度与多个微观系统相连。在宏观层面上，除了动量平衡方程之外，我们还考虑能量平衡方程，其中发热不仅在温度分布中而且在流动剖面中发挥重要作用。在微观层次上，一个双滑动链接模型被用于良好缠结的聚合物。为了将温度效应纳入到微观系统中，我们对滑移链模型使用了时间-温度叠加规则，其中参数的温度依赖性是未知的;另一方面，在宏观方程中考虑温度效应的方法已经很好地建立起来。我们发现，扩展的多尺度模拟方法是相当有效的，在揭示非等温聚合物流动的稳态和瞬态情况下，和原始路径和滑动链接所表示的聚合物链的微观状态之间的关系。它还发现，温度依赖性的reptation-time为基础的Weissenberg数是一个合适的措施，了解在本研究中使用的剪切速率范围内的聚合物链变形的程度。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear-thinning in Polymer Melts -- Molecular Origins and Hybrid Multiscale Simulations
我们研究了剪切稀化的柔性，半柔性和刚性低聚物的熔体与粗粒度模拟剪切熔体的分子起源。排列，拉伸和翻滚模式或后者的抑制都有助于理解宏观流动特性如何从分子水平出现。通过模拟剪切流中的单链，我们确定这些现象是集体性质的，并通过链间相互作用而产生的，哪些已经存在于稀体系中。在这些微观模拟的基础上，我们通过欧文-柯克伍德公式确定了非牛顿聚合物流体的相应宏观应力张量。低聚物熔体中的剪切变稀效应也表现出宏观模拟的通道流。后者已获得的不连续Galerkin方法近似宏观聚合物流动。我们的研究证实了微观细节的影响，在短的聚合物的分子结构，如链的灵活性对宏观聚合物流动。
2021-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Machine Learning-integrated Multiscale Simulation Framework: Bridging Scales in Associative Polymer-Colloid Suspensions
The University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出集成机器学习的多尺度模拟框架，用于研究关联聚合物-胶体悬浮液的流变行为，通过显式链动力学、主动学习元模型和Pop-BD方法，实现从链级到宏观尺度的高效模拟与设计。
2026-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic shear responses of polymer-polymer interfaces
在多组分软物质中，界面性质通常在决定整个系统的性质方面起关键作用。在非平衡状态下的内部动态结构的识别需要界面流变学的特点。我们已经开发了一种方法来量化软界面的流变学贡献，并评估界面的动态模量。该方法表明，在双层系统中，包括聚丙烯和三种不同的聚乙烯的界面的动态剪切响应可以被分类为具有硬化和软化的影响，对整个系统：线性长的聚合物之间的界面变得比组分聚合物更有弹性，而大的多分散性或长链支化的一个组件使界面更粘。我们发现，组成聚合物的链长和结构，而不是平衡不相容性，在确定界面流变性能中起着至关重要的作用。
2012-07-17 cond-mat.soft
Multiscale modeling and simulation for polymer melt flows between parallel plates
采用分子动力学和计算流体动力学的混合方法，模拟了由10个珠粒组成的短链聚合物熔体在平行平板间的流动行为。解决了三个问题：在恒定剪切应力下的蠕变运动和去除应力后的恢复运动、压力驱动流动和快速振荡板中的流动。在蠕变/恢复问题中，蠕变运动中的延迟弹性形变和恢复运动中的明显弹性行为被证明。由于剪切变稀，熔体在压力驱动流动中的速度分布与牛顿流体的速度分布有很大不同。随着压力梯度的增加和温度的降低，熔体的速度梯度在板附近变得陡峭，而在板之间的中间变得平坦。在快速振荡平板中，由于熔体的剪切变稀，熔体的粘性边界层比牛顿流体的粘性边界层薄得多。三种不同的流变状态，即，粘性流体、粘弹性液体和粘弹性固体状态根据局部Deborah数在振动板上形成。熔体在$ωτ^R\lesssim 1$的区域中表现为粘性流体，并且液体状和固体状状态之间的交叉发生在$ωτ^α\simeq 1$周围（其中$ω$是板的角频率，并且$τ^R$和$τ^α$分别是Rouse和$α$弛豫时间）。
2009-09-14 cond-mat.soft
Characterization of Morphology Evolution in a Polymer-Clay Nanocomposite using Multiscale Simulations
本研究开发了与MARTINI力场兼容的有机改性蒙脱石粗粒化模型，用于模拟聚合物-粘土纳米复合材料的形态演化，发现纳米填料的主要影响源于粘土片层对聚合物链的限域和空间位阻效应。
2025-06-26 cond-mat.soft
Multiscale entanglement in ring polymers under spherical confinement
利用先进的数值方法研究了半柔性打结聚合物环中几何纠缠和拓扑纠缠的相互作用。通过使用严格的和强大的算法定位结，我们的特点是如何结长度lk取决于环的轮廓长度，Lc和半径的限制球，Rc。在没有和强约束的情况下，我们观察到弱结本地化和完全结离域，分别。我们表明，复杂的相互作用的lk，Lc和Rc无缝桥接这两个限制可以包含一个简单的缩放参数的基础上偏转理论。同样的论点被用来合理化的多尺度特性的纠缠，出现越来越多的限制。
2011-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Multiscale Surface-Attached Hydrogel Thin Films with Tailored Architecture
报道了一种制备表面附着水凝胶薄膜的简便方法，该水凝胶薄膜具有良好的化学控制和定制的结构，厚度范围从纳米到微米。合成，其中包括交联和接枝的预成型和烯反应性聚合物链通过硫醇-烯点击化学，具有良好的控制，而无需添加引发剂的主要优点。由于硫醇--烯点击反应可以通过UV照射（除了热加热之外）选择性地激活，因此容易合成微图案化的水凝胶膜。我们的方法的多功能性说明了制造各种化学聚合物网络的可能性，如刺激响应水凝胶，在各种固体基板，如硅晶片，玻璃和金表面。另一个有吸引力的特征是开发具有靶向结构的新的复杂水凝胶膜。各种架构的聚合物膜的制造被证明：多层水凝胶膜，其中单网络堆叠在另一个，互穿网络膜与两个网络在同一层的混合物，和纳米复合材料水凝胶膜，其中纳米颗粒被稳定地捕获在网格的网络内。由于其简单性和多功能性，这种表面附着水凝胶膜的新方法应该在聚合物涂层领域产生强烈影响
2017-02-02 cond-mat.soft
Structure and Strength at Immiscible Polymer Interfaces
聚合物-聚合物界面的热焊接对于将聚合物元件集成到装置中是重要的。当两种不同的聚合物连接在一起时，焊接的强度主要取决于不可渗透的程度。我们进行大规模的分子动力学模拟的结构强度关系在不混溶聚合物界面。我们的模拟结果表明，不可渗透逮捕相互扩散和限制平衡界面宽度。即使对于弱不混溶膜，窄的界面是无法有效地转移应力变形后，作为散装材料，和链拔出的界面成为主导的故障机制。这大大降低了界面强度。不混溶界面的弱响应示出产生从一个不足的密度的纠缠整个接口。我们证明，有一个阈值界面宽度，低于该阈值，没有显着的纠缠可以形成相对侧之间，以加强接口。
2013-10-14 cond-mat.soft
Hybrid multiscale method for polymer melts: analysis and simulations
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Institute of Mathematics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学数学研究所）
采用混合多尺度方法，通过分子动力学模拟和Irving-Kirkwood公式计算宏观模型的平均应力张量，并用有限元法模拟Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统，证明了数值方案的可解性和能量稳定性，并通过引入有效吸引力在宏观模型中复现了微观模拟中观察到的柔性环与半柔性环的流动相分离。
2025-12-20 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Polymorphism of syndiotactic polystyrene crystals from multiscale simulations
间同立构聚苯乙烯（sPS）在结晶时表现出复杂的多晶型行为。聚合物结晶的计算建模一直是一个具有挑战性的任务，因为相关的过程是缓慢的分子时间尺度。我们在此报告的SPS-晶体多态性的粗粒度（CG）和原子（AA）建模的装置的详细表征。CG模型，在熔体中参数化，在结晶相显示出显着的可转移性。转变温度不仅与原子模拟吻合良好，而且稳定了实验观察到的主要$α$和$β$多晶型。我们详细比较了CG和AA水平上的多晶型物的倾向，并讨论了有限尺寸和盒几何效应。总而言之，我们证明了CG建模的吸引力，以有效地表征聚合物晶体的多态性在大规模。
2018-05-25 cond-mat.soft
Unravelling the multiscale surface mechanics of soft solids
Universite Lyon 1（里昂第一大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut Lumière Matière（光与物质研究所）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Yale University（耶鲁大学）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究院）；Cornell University（康奈尔大学）
研究软固体表面变形的多尺度力学特性，发现界面处剪切模量随变形减少，同时观察到依赖历史和外介质的表面弹性，揭示了聚合物表面的多尺度本质。
2026-05-13 cond-mat.soft
Capillary-Wave and Chain-Length Effects at Polymer/Polymer Interfaces
采用连续空间珠弹簧模型研究均聚物二元共混物的相行为以及两个不混溶相之间的界面结构。的接口的结构作为一个功能的imperbability，链长，和系统的大小进行了研究。观察到毛细波，并且它们的测量使我们能够确定表面张力$γ$。我们提出了一个更普遍的方法来测量的界面宽度的第二时刻的不同贡献的界面轮廓的一阶导数。这种方法的预测直接验证。研究了链长对表面张力的影响。
1997-09-17 cond-mat.soft
Photoalignment at the nematic liquid crystal - polymer interface: experimental evidence of three-dimensional reorientation
我们提供的实验证据表明，光致取向在双液晶（NLC）-聚合物界面不能简单地被认为是一个二维的过程。此外，我们的实验清楚地表明，光取向过程不依赖于NLC材料的单独属性和界面聚合物的单独属性。根据我们的测量，聚合物和NLC层“彼此感应”，即，聚合物-液晶界面应视为一个耦合系统，其中两个组分相互影响。此外，我们表明，温度引起的锚定过渡也必须考虑到完整的描述的光取向机制。
2019-03-13 cond-mat.soft
Multiscale Modeling of Coarse-Grained Macromolecular Liquids
第一原理多尺度建模方法，这是来自于解决的Ornstein-Zernike方程的粗粒度表示的聚合物液体。该方法是分析性的，因此是可转移的。在这里，它是适用于确定几个聚合物系统的结构，其中有不同的参数值，如分子长度，单体结构，局部灵活性，和热力学条件。当从这个过程中得到的对分布函数进行比较，从一个完整的原子模拟的结果，它显示出定量的协议。此外，多尺度过程准确地捕获大尺度和局部尺度特性，同时保持计算上的优势。
2009-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding and modeling polymers: The challenge of multiple scales
高分子材料具有多尺度系统的特性。对单个分子的描述已经涉及许多不同的尺度，聚合物组装体中的协同过程受这些尺度的相互作用的支配。聚合物是最早开发出系统多尺度技术的材料之一，但它们仍然为建模者带来了巨大的挑战。在这个角度来看，我们审查流行的模型，用于描述聚合物在不同的尺度和讨论规模的桥接策略，如静态和动态粗粒度的方法和多分辨率的方法。最后，我们列出了一些仍然需要解决的难题，以便在所有尺度上对聚合物系统进行全面的定量了解。
2022-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Entropic Trapping of Particles at Polymer Surfaces and Interfaces
我认为高斯随机游走统计是足够的可能性，以捕捉纳米添加剂在聚合物界面或表面。当添加剂颗粒到达自由表面时，聚合物表面能的两个部分表现得完全不同。当添加剂突出到聚合物基质的水平之上时，纯双折射贡献增加了总自由能。当添加剂移动到自由表面时，由表面附近的段不能穿过它的约束引起的表面能的熵部分部分被部分地松弛。聚合物表面能的这两个部分决定了在添加剂和聚合物基质之间形成的平衡润湿角，在实验中测量该平衡润湿角将允许独立地确定每片聚合物表面能。
2015-05-22 cond-mat.soft
Multiscale Prediction of Polymer Relaxation Dynamics via Computational and Data-Driven Methods
Faculty of Materials Science and Engineering, Phenikaa University（菲尼卡大学材料科学与工程系）；Phenikaa Institute for Advanced Study, Phenikaa University（菲尼卡大学高级研究院）；Center for Materials Innovation and Technology, VinUniversity（Vin大学材料与技术创新中心）
本文提出结合分子动力学模拟、机器学习和ECNLE理论的多尺度方法，用于预测聚合物的玻璃转变温度及动态行为。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Tension, rigidity and preferential curvature of interfaces between coexisting polymer solutions
计算了不同聚合度和不同Kuhn链段长度的聚合物相分离溶液中界面的性质。起始点是平面界面，其轮廓在所谓的“斑点模型”中计算，该模型以隐式方式并入溶剂。下一步是研究通过施加不同于共存时的化学势而形成的亚稳液滴相。弯曲界面上的压力差对应于较高的化学势，用于计算液滴的曲率特性。界面张力，托尔曼长度和刚度计算和用于预测一个现实的实验情况。结果表明，聚合物的相分离的解决方案之间的接口表现出，在一般情况下，一个优先的曲率，稳定的低分子量的聚合物在一个高分子量的宏观相的液滴。
2013-04-25 cond-mat.soft
Polymer crystal-melt interfaces and nucleation in polyethylene
动力学障碍导致聚合物结晶不完全，成为纳米级薄片与非晶区交错。因此，结晶聚合物充满了晶体-熔体界面，这决定了它们的物理性能。理解这些界面的长期理论挑战具有新的相关性，因为越来越多的证据表明，聚合物晶体通常通过亚稳态，部分有序的“旋转”相成核。为了检验这个想法，需要临界核的体自由能和界面自由能的理论。我们提出了一种新的方法来晶体-熔体界面，它表示的非晶区域作为一个接枝刷的循环在自洽的压力场。我们结合这一理论与估计散装自由能的差异，计算成核障碍和速率通过旋转器与结晶核聚乙烯。我们发现，在整个温度范围内，观察到成核的邻相成核确实是有利的。我们的方法可以扩展到其他聚合物。
2010-09-22 cond-mat.soft
Interfaces in partly compatible polymer mixtures: A Monte Carlo simulation approach
讨论了对称高分子混合物（AB）共存相界面附近的高分子线团结构，以及吸附在界面上的相同链长N的对称二嵌段共聚物的结构。利用大规模并行计算机（CRAY T3D）对简单立方晶格上的键涨落模型进行了蒙特卡罗模拟。虽然在强偏析极限的均聚物线圈平行于界面取向，二嵌段形成"哑铃“垂直于界面取向。然而，在稀的情况下（“蘑菇状结构”而不是“刷状结构”），二嵌段仅被弱拉伸。得到了单体在聚合物链端和中心的分布函数，并与自洽场论作了比较。
1997-06-27 cond-mat.soft
Multiscale method based on coupled lattice-Boltzmann and Langevin-dynamics for direct simulation of nanoscale particle/polymer suspensions in complex flows
发展了一种耦合Lattice-Boltzmann（LB）方法和Langevin-dynamics（LD）方法的混合计算方法，用于模拟同时存在热涨落和长程多体流体动力学相互作用（HI）的纳米颗粒和聚合物（NPP）悬浮体系.在LD方法中，NPP的布朗运动被一个随机强迫项所捕获。LD方法通过离散LB强迫源分布与非波动LB流体双向耦合，以捕获长程HI。为了保证粒子数量的线性可扩展性，提出了一种用于短距离粒子邻居搜索和交互的欧拉-宿主算法，并嵌入到LB-LD框架中. LB-LD方法的有效性和准确性证明通过几个示例问题。仿真结果与理论和实验结果吻合较好。LB-LD方法可以有利地并入复杂的多尺度计算框架中，用于有效地模拟多尺度、多组分颗粒悬浮系统，例如复杂的血液悬浮液。
2019-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Multiscale Modeling and Coarse Graining of Polymer Dynamics: Simulations Guided by Statistical Beyond-Equilibrium Thermodynamics
我们回顾了最近的一些粗粒度和多尺度方法，但也提出了一些新的想法来解决这些问题。我们发现，如果一个是由非平衡统计力学和热力学的指导下，有可能设计出有根据的多尺度建模工具，可以连接微观模型与宏观本构方程。这种多尺度建模工具受益于最近提出的静态粗粒化的方法，主要是建立在平均力的潜力。然而，对于动力学性质，粗粒度模型需要考虑由于快速自由度而产生的耗散效应，这些自由度被消除，而有利于剩余的缓慢变化的自由度。正确定义状态变量集，有效地表示非平衡态是这种方法成功的第一个关键。将微观模型与建立在这些缓慢松弛变量上的宏观模型联系起来是第二个关键。我们说明了一个流动的，低分子量的聚合物熔体的新方法。
2009-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Monte Carlo simulations of interfaces in polymer blends
我们回顾了最近的模拟研究不混溶均聚物相之间的界面。特别强调了有效的模拟技术和强大的数据分析方法的介绍，如毛细管波谱分析。聚合物的不相容性和相关的模型相关的相互作用参数的有效弗洛里哈金斯参数的方式可能的原因进行了讨论。各种接口，然后考虑和其特征在于相对于它们的微观结构和热力学性质。特别是，相等或不同的刚度的均聚物之间的接口进行了研究，界面包含二嵌段共聚物，和界面限制在薄膜。结果与三元均聚物/共聚物体系的相行为有关，并与薄膜中的润湿转变有关。
1998-03-10 cond-mat.soft
Photoalignment at the nematic liquid crystal - polymer interface: the importance of the liquid crystalline molecular structure
实验研究了液晶分子结构对液晶-聚合物界面光取向过程的影响。已经考虑了在刚性核中仅具有苯基或环己烷环的NLC，以及含有苯基和环己烷基团的NLC。已经发现在光取向过程中的NLC的分子结构的依赖性的实质性差异，支持的假设，即聚合物- NLC接口应被视为一个耦合系统，其中两个组件相互影响对方。一个现象学的解释所观察到的差异。
2020-03-30 cond-mat.soft
Coupling Finite Element Method with Large Scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) for Hierarchical Multiscale Simulations
在这项工作中，我们已经开发了一个多尺度计算算法耦合有限元方法与开源的分子动力学代码-大规模原子/分子大规模并行模拟器（LAMMPS）-进行分层多尺度模拟在高度可扩展的并行计算。通过对单晶铜变形的模拟，验证了该算法的有效性。然后，我们应用多尺度方法来模拟由数百万个细尺度原子组成的聚合物材料的代表性晶胞（r-细胞）对单轴载荷的力学响应。据观察，该方法可以成功地捕获塑性形变在聚合物在宏观尺度上，并再现双屈服点典型的聚合物材料，应变局部化和颈缩变形后的第二个屈服点。此外，多尺度算法的并行可扩展性被检查到大约10万个处理器与1000万个粒子，并且由于LAMMPS并行架构实现了几乎理想的强可扩展性。
2019-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Polymer Welding: Strength Through Entanglements
对聚合物的热焊接进行了大规模模拟，以研究聚合物-聚合物界面处的机械强度随焊接时间的上升。焊接工艺是将聚合物元件集成到器械中以及聚合物热诱导愈合的核心;这些工艺要求界面强度与本体强度相等。我们的模拟表明，界面强度饱和的体积剪切强度之前，聚合物扩散的回转半径。随着强度的增加，其主要失效模式由界面处的拔链转变为本体处的断链。形成足够的纠缠在整个接口，我们跟踪使用原始路径分析是需要逮捕灾难性的链拔出接口。直到界面处的纠缠密度达到体积值，体积响应才完全恢复。此外，饱和前的界面强度的增加是成比例的链之间的界面缠结从相反的两侧。
2012-11-29 cond-mat.soft
Global Phase Diagrams of Mixed Surfactant-Polymer Systems at Interfaces
在空气/水界面处的不溶性表面活性剂单分子层经历从高温均相状态到低温分层状态的相变，其中稀相和密相共存。或者，可以通过在恒定温度下压缩单层来诱导从稀相到致密相的转变。我们考虑的情况下，不溶性表面活性剂单层相互作用的半稀释的聚合物溶液中溶解的水亚相。在平均场论的框架下研究了表面活性剂/聚合物混合体系的相图。该聚合物增强了单分子膜的波动，并引起临界温度的上移。如果单体被表面活性剂分子比被裸露的水/空气界面更吸引（或至少更少排斥），则临界浓度增加。在单体被裸界面排斥但被表面活性剂分子吸引（或反之亦然）的情况下，相图可具有三相点。聚合物特殊转变线的位置似乎对表面活性剂单分子层的相图有很大的影响。
1998-03-21 cond-mat.soft
Effect of polymer-polymer interactions on the surface tension of colloid-polymer mixtures
本文在平方梯度近似的框架下，研究了在良溶剂中理想聚合物和相互作用聚合物的相分离胶体-聚合物混合物界面的密度分布和表面张力。计算表明，在聚合物-聚合物排斥体积相互作用的存在下，界面具有较低的宽度和表面张力相比，理想的聚合物的情况下。这些结果是由相互作用的聚合物引起的胶体颗粒之间的耗尽电位的较短范围和较小深度的直接结果。
2003-09-10 cond-mat.soft
Towards the Multiscale Design of Pressure Sensitive Adhesives
Basque Center for Applied Mathematics（巴斯克应用数学中心）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克拉巴斯科，巴斯克科学基金会）
本文提出一种基于LHMM的多尺度计算框架，通过耦合宏观连续描述与mesoscale聚合物网络模型，预测压力敏感粘合剂的流变性能与力学行为，揭示交联密度与网络连接性对材料性能的影响。
2026-03-17 cond-mat.soft physics.comp-ph
Statistical mechanics of a polymer chain attached to the interface of a cone-shaped channel
限制在纳米尺度几何形状的聚合物链已被用于研究核孔复合物（NPC）的潜在机制，其中货物的运输是定向的。这里显示，取决于穿过通道的溶剂质量（好或差），聚合物链可以在通道内部或外部或两者。基于短链的精确结果显示，溶剂质量的轻微变化可以将聚合物链拖到孔内，并且{ \it反之亦然}与NPC中所见的类似。此外，我们还报道了当孔径小于一定值时，不存在结晶（高密度）状态，这可能在预成型病毒前体内的DNA包装中具有潜在的应用。
2017-04-22 cond-mat.soft
Reactions at Polymer Interfaces: Transitions from Chemical to Diffusion-Control and Mixed Order Kinetics
我们研究了聚合物-聚合物界面处末端官能化链之间的反应。对于小的化学反应性（典型情况），形成的二嵌段数$R_t$服从二级化学控制动力学$R_t \sim t$，直到界面饱和。对于高反应性（例如自由基），在短时间内发生向二级扩散控制动力学的转变，其中$R_t \sim t/\ln t$用于未缠结的链，而$t/\ln t$和$t^{1/2}$状态用于缠结的链。长时间的动力学是一阶和控制扩散的更稀的物种的界面：$R_t \sim t^{1/4}$的非纠缠的情况下，而$R_t \sim t^{1/4}$和$t^{1/8}$制度出现纠缠系统。最终的第一阶区域由重心扩散$R_t \sim t^{1/2}$控制。
1998-12-21 cond-mat.soft
Healing of polymer interfaces: Interfacial dynamics, entanglements, and strength
聚合物膜的自我修复通常发生在分子扩散穿过损坏区域时，高于其熔化温度。使用分子动力学模拟，我们探测聚合物薄膜的愈合，并与均聚物板的热焊接的结果进行比较。这两种方法在它们的界面结构上不同，因为损伤导致多分散性增加和更短的链。将聚合物样品切割成两个单独的膜，然后将其以熔融状态保持在一起。随着时间的推移，受损膜的恢复和聚合物分子扩散穿过界面。质量摄取和缠结的形成，从原始路径分析，提取和相关的剪切模拟得到的界面强度。我们发现，由于短链的存在，相互扩散是显着更快的损坏的膜相比，焊接。虽然界面缠结增加更迅速的损坏的膜，其中很大一部分是近链端。结果，愈合膜的界面强度比焊接更慢地增加。对于愈合和焊接，界面强度饱和的体积缠结密度恢复整个接口。然而，受损膜的饱和强度低于聚合物样品的体积强度。在饱和时，切割链保持在愈合界面附近。它们的纠缠较少，因此在机械上削弱了界面。当界面强度饱和时，界面缠结的数量与相应的体缠结密度成比例。链刚度增加了缠结的密度，这增加了界面强度。我们的研究结果表明，在界面上的几个缠结足以抵抗界面链拔出，提高机械强度。
2014-07-11 cond-mat.soft
Dynamical geometry for multiscale dissipative particle dynamics
在本文中，我们回顾了计算方面的多尺度耗散粒子动力学模型的复杂流体模拟的基础上功能丰富的几何形状的Voronoi镶嵌。该模型的几何特征是至关重要的，因为网格是直接连接到物理解释的Voronoi体积的镶嵌作为粗粒度的流体集群。Voronoi镶嵌在时间上动态地保持，以在拉格朗日参考系中对流体进行建模，包括施加周期性边界条件。在二维和三维空间中，几种算法来构建和维护的周期Voronoi镶嵌评论和他们的并行性能进行了讨论。使用表面边界描述了在波动的流体动力学溶剂中的聚合物和胶体颗粒的插入。
2003-01-21 cond-mat.soft
Modeling Solution Drying by Moving a Liquid-Vapor Interface: Method and Applications
采用隐式溶剂模型，通过移动液-气界面模拟软物质溶液的干燥过程。对于聚合物和纳米颗粒的溶液，我们观察到“聚合物上”分层，类似于先前发现的明确的溶剂模型。此外，即使当纳米颗粒尺寸小于聚合物链的回转半径时，也发现"顶部聚合物"。对于一个悬浮液滴的纳米粒子的双分散混合物，我们表明，核壳簇的纳米粒子可以通过在快速蒸发速率的“小外”分层机制。当蒸发速率降低时，还观察到“大外”分层和均匀的颗粒分布。具有各种形态的聚合物颗粒，包括Janus球、核-壳颗粒和片状颗粒，通过将快速蒸发与聚合物和液-气界面之间的受控相互作用相结合，由干燥聚合物溶液的液滴产生。我们的研究结果验证了移动界面方法的适用性，以广泛的干燥系统。指出了该方法的局限性，并就该方法可能失败的情况向潜在的从业人员提供了警告。
2022-09-23 cond-mat.soft
Tensile Fracture of Welded Polymer Interfaces: Miscibility, Entanglements and Crazing
大规模的分子模拟进行研究拉伸破坏的聚合物接口作为焊接时间$t$的函数。拉伸应力、失效模式和界面断裂能$G_I$的变化与由原始路径分析确定的界面缠结的变化相关。本体聚合物通过银纹形成而失效，随后通过断链而发生银纹断裂。在小的$t$中，焊接界面的强度不足以支撑裂纹的形成，并且在小的应变下通过界面处的链拔出而失效。一旦链在界面上形成平均约一次缠结，则在整个样品中形成稳定的银纹。随着焊接时间的延长，银纹的破坏应力逐渐增大，当界面接近体强度时，银纹的破坏方式由拔链型向断链型转变。界面断裂能$G_I$通过耦合模拟结果的连续断裂力学模型计算。如在实验中，$G_I$在平均本体断裂能$G_b$饱和之前作为$t^{1/2}$增加。在以前的模拟剪切强度，饱和与体积缠结密度的恢复。在饱和之前，$G_I$与界面缠结的面密度成比例。不可渗透性限制了相互扩散，从而抑制了界面处的纠缠。即使是很小程度的不相容性也足以减少界面缠结，从而通过链拔出和$G_I \ll G_b$而发生失效。
2014-10-07 cond-mat.soft
Friction as a probe of surface properties of a polymer glass
我们探测玻璃态聚（甲基丙烯酸甲酯）透镜和涂有甲基封端的自组装单层的平面基板之间的界面处的摩擦温度依赖性。单层表现出密度缺陷，作为钉扎网站的聚合物链。我们表明，这样的界面的剪切响应支持存在，在玻璃状聚合物的表面，一个纳米厚的层的移动链。摩擦可以归因于在该层中的粘性耗散和吸附在衬底上的链的脱钉之间的相互作用。我们进一步证明了钉扎动力学是由局域在界面的β旋转运动控制的。
2007-07-13 cond-mat.soft
Dewetting of thin polymer films: Influence of interface evolution
在聚二甲基硅氧烷覆盖的基底上的聚苯乙烯模型系统中，聚苯乙烯聚合物膜的去湿动力学表现出有趣的行为，如去湿速度的快速衰减和在时间过程中的最大宽度的累积边缘。这些功能最近已被归因于松弛的残余应力在膜中，干从非平衡制备的样品。然而，Coppee等人最近对低分子量PS进行的实验显示出类似的行为，其中这种应力不能得到证实。通过缩放参数和数值解的薄膜粘弹性模型，我们表明，在边缘的宽度的最大值可以引起的摩擦系数（或等效的滑移长度）的时间演变，我们讨论了两种可能的机制。此外，宽度的最大值受样本年龄的影响。因此，知道摩擦（或滑动长度）的时间行为原则上允许通过简单的去湿实验测量聚合物-聚合物界面的老化动力学。
2009-04-09 cond-mat.soft
Multiscale modelling of bionano interface
在这项工作中，我们描述了一组粗粒（CG）工具，可以模拟脂双层对包被蛋白质的纳米颗粒（NP）的吸收。我们描述了一个CG模型来计算吸附能和最有利的吸附方向的蛋白质到疏水性NP。然后，所提出的方法被用来计算两种常见的蛋白质在人体血液中的中性和负电荷的纳米粒子的吸附能。我们还报告了NP半径对吸附能的影响，并验证了所提出的方法对全原子模拟。我们还描述了一种方法，其中全原子模拟的脂质双层和各种脂质胆固醇混合物用于CG对电位的提取。我们还比较和验证了分子和CG水平的模拟预测。最后，我们提出了一个CG模拟的相互作用裸NP和NP-蛋白质复合物与脂质双层。
2015-11-20 cond-mat.soft
Viscoelastic acoustic response of layered polymer films at fluid-solid interfaces: Continuum mechanics approach
我们推导了描述在流体环境中沉积在固体（石英）表面上的任意厚度的双折射粘弹性聚合物材料的动力学的波动方程的一般解。在粘弹性元件的Voight模型中，我们计算了系统对施加的剪切应力的声学响应，即我们发现石英发生器谐振频率和耗散因子的偏移，并且表明它强烈地依赖于吸附层的粘性载荷和覆盖层的剪切存储和损耗模量。这些结果可以很容易地应用到石英晶体声学测量的聚合物的粘弹性，保存其形状下的剪切变形和不流动，和分层结构，如蛋白质膜从溶液中吸附到表面上的自组装单分子膜。
1998-05-21 cond-mat.soft
Effect of topology on the statics and dynamics of a polymer chain at the fluid-fluid interface: a molecular dynamics simulation study
本研究利用分子动力学模拟，探讨了线性、环状和三叶结三种拓扑结构对流体界面处聚合物链静态与动态特性的影响，发现拓扑结构显著改变链伸展和自扩散常数，但不影响质心均方位移的扩散指数。
2022-01-11 cond-mat.soft
Capillary Condensation and Interface Structure of a Model Colloid-Polymer Mixture in a Porous Medium
我们认为，Asakura-Oosawa模型的硬球胶体和理想的聚合物接触的多孔基质模拟固定配置的硬球。对于该三元混合物，采用基本测量密度泛函理论，其中基质颗粒被淬火，胶体和聚合物被退火，即允许平衡。我们研究毛细凝聚的混合物在一个微小的样品矩阵以及分层和流体-流体界面内的散装矩阵。计算了垂直于界面的密度分布和表面张力，并与无基体的情况进行了比较。两种类型的矩阵被认为是：（i）胶体尺寸的基质颗粒在低包装分数和（ii）大基质颗粒在高包装分数。这两种情况显示了根本不同的行为，并且都应该是实验上可实现的。此外，我们认为，毛细管凝聚的胶体悬浮液可以实验访问。我们发现，在情况下（ii），即使在高包装分数，矩阵的主要影响是排除体积和，以高精度，结果可以映射到那些相同的系统，通过一个简单的重新缩放矩阵。
2003-08-06 cond-mat.soft
Capillary Waves in a Colloid-Polymer Interface
用广泛的蒙特卡罗模拟分析了Asakura-Oosawa（AO）模型中胶体-聚合物混合物共存相界面的结构和统计涨落。我们利用最近开发的巨正则集群移动与一个额外的约束稳定的存在下，在（矩形）框模拟的两个接口。选择非常大的系统，尺寸LxLxD与L=60和D=120，测量单位的胶体半径，毛细管波型界面激发的频谱进行了详细分析。的接口的局部位置被定义在一个（本地）吉布斯表面的概念。对于小的波矢毛细波理论进行了定量验证，而对于较大的波矢出现明显的偏差。对于对应于富胶体相中胶体之间的典型距离的波矢量，界面波动表现出与在体结构因子中观察到的相同的结构。当一个分析的数据在一个波矢量依赖的界面张力的概念，这个数量的单调减少，增加wavevector. The限制，我们的分析进行了严格的讨论。
2004-11-29 cond-mat.soft
Strengthening of a Polymer Interface: Interdiffusion and Crosslinking
在许多工业过程中，相同聚合物材料的碎片在高于玻璃化转变的温度下接触。然后在界面上发生相互扩散，并导致结的强化。通常，还加入交联剂以改善材料的整体机械性能，如在由聚合物颗粒的分散溶液形成胶乳膜中。在这些系统中，相互扩散过程和交联反应强烈耦合，并且在实践中，有时可能以证明不利于膜的韧性的方式干扰。我们从理论上研究了互扩散和交联之间的竞争，并找到了一个调节这两个过程之间的平衡的控制参数，在简单的物理量。当该参数远小于1时，会发生实际感兴趣的情况：一旦发生显著的混合，反应就会锁定界面链，从而产生具有良好机械性能的膜。
2000-11-17 cond-mat.soft
A slow process in confined polymer melts: layer exchange dynamics at a polymer solid interface
采用分子动力学模拟的化学现实模型之间的石墨壁，我们表明，接近壁层之间的质量交换是一个缓慢的过程中已经在熔融状态的1，4-聚丁二烯。对于受限聚合物的玻璃化转变，由于堆积效应和分子内旋转障碍，该过程与减慢竞争。
2010-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical study of line and boundary tension in adsorbed colloid-polymer mixtures
本文对吸附态胶体-聚合物混合物界面势进行了扩展理论研究。为了描述在硬壁附近的胶体-聚合物混合物，使用简单的Cahn-Nakanishi-Fisher自由能泛函。体相行为和基质-吸附物相互作用的自由体积理论与聚合物胶体尺寸比q=0.6和q=1的理想聚合物建模。界面势的构造与帮助下，从一个Fisher-Jin交叉约束。通过操纵交叉密度，可以从自然的、单交叉的剖面获得完整的界面势。线张力在部分润湿制度和沿预湿的边界张力计算从界面电位。线张力具有两种符号，并且随着接触角的增大而减小。线张力在接近一级润湿转变时为正值10^-14 - 10^-12 N，在远离一级润湿转变时，线张力通过零并减小到负10^-14 - 10^-12 N。沿预湿边界张力的计算屈服值从预湿临界点处的零增加到一阶润湿时的线张力值。
2014-06-23 cond-mat.soft
Self-Consistent Field Model Simulations for Statistics of Amorphous Polymer Chains in Crystalline Lamellar Structures
我们用自洽场模型模拟计算了非晶态聚合物链在晶态层间的统计性质。在我们的模型中，一个无定形的子链被建模为一个聚合物链的两端接枝到晶体-无定形界面。晶体-非晶界面表示为不可穿透的表面。我们将段之间的相互作用，以满足不可压缩的条件，段密度场。模拟结果表明，非晶聚合物链在晶-非晶界面附近感受到以排斥为主的薄势层。不可穿透和不可压缩的条件影响了高分子链的统计，链统计变得与没有任何约束的理想高斯链统计有质的不同。我们展示了系统尺寸和接枝密度对统计量的影响。我们还表明，领带子链统计服从相当简单的统计。
2014-10-13 cond-mat.soft
Cracks and Crazes: On calculating the macroscopic fracture energy of glassy polymers from molecular simulations
我们结合分子动力学模拟的变形在亚微米尺度的连续断裂力学计算裂纹扩展的发病预测的宏观断裂韧性的无定形玻璃态聚合物。在这种多尺度方法中的关键成分是聚合物银纹的弹性性质和银纹原纤维通过链拔出或断裂而失效的应力。我们的研究结果是在定量协议与无量纲比，描述实验聚合物和它们的变化与温度，聚合物长度和聚合物的刚性。
2002-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
