Elasticity of polymer vesicles by osmotic pressure: an intermediate theory between fluid membranes and solid shells
通过标度分析得到了曲面内聚合物的熵和由聚合物组成的膜的弹性自由能。发现薄膜的弹性自由能具有面内应变能加上Helfrich曲率能的形式[Z。自然的。C \textbf{28}，693（1973）]。通过讨论两种简化模型得到自由能中的弹性常数：一种是没有面内应变且两侧不对称的聚合物膜，它是曲面量子力学的对应物[Jensen和Koppe，Ann. Phys. \textbf{63}，586（1971）];另一种是具有均匀面内应变的平面橡胶膜。采用包含弹性自由能、表面张力能和渗透压诱导项的总自由能的一阶变分，导出了描述渗透压作用下聚合物囊泡平衡形状和面内应变的方程。通过对总自由能的二阶变分求出了球形高分子囊泡失稳的临界压力。研究发现，由于面内模态与面外模态耦合，面内模态对临界压力也有重要影响。理论结果表明，聚合物囊泡具有流体膜和固体壳之间的机械性能的中间。
2005-08-18 cond-mat.soft
Lateral phase separation of confined membranes
我们认为膜通过短，中，长贴纸相互作用。通过平均场近似，研究了中间膜对膜横向相分离的影响。在存在中间粘着剂的情况下，粘着剂的临界潜在深度增加。膜的横向相分离因此被中间粘着剂抑制。考虑到膜与短和长贴纸的相互作用，限制的影响，膜的相位行为进行了分析研究。
2010-01-15 cond-mat.soft
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
Growth of membranes formed by associating polymers at interfaces
本文建立了液-液界面处可逆缔合聚合物膜生长的理论模型，揭示了其受相互扩散控制的机制，并实验验证了PMAA电离度对水凝胶膜生长速率的显著影响。
2024-03-22 cond-mat.soft
Transport in polymer membranes beyond linear response: Controlling permselectivity by the driving force
在流行的溶液-扩散图中，膜渗透性被定义为在线性响应状态下膜内渗透溶质的分配比和扩散率的乘积，即，处于平衡状态然而，具有实际重要性的是由外力驱动的跨膜转运体的通量。在这里，我们研究了非平衡膜渗透编排由一个统一的外部驱动场分子计算机模拟和连续（Smoluchowski）理论在稳态。在模拟中，我们明确地解决了渗透剂的运输通过有限的单体分辨聚合物网络，解决单组分渗透剂系统和混合物。我们介绍和讨论可能的定义的非平衡，力依赖的渗透性，代表“系统”和“膜”的渗透性。特别是，我们提出了第一次定义的微分磁导率响应的力。我们证明，后者原来是显着的非线性低渗透系统，导致大量的选择性渗透率，称为“渗透选择性”，是可调的驱动力。我们的连续水平的分析解决方案表现出显着的定性协议与渗透剂和聚合物解决的模拟，从而使我们能够表征渗透率和稳态传输超出线性响应水平的基本机制。
2021-06-10 cond-mat.soft
Polymer Release out of a Spherical Vesicle through a Pore
通过平均首次通过时间方法研究了聚合物在曲面或膜外的迁移。膜曲率对聚合物构象产生约束，这有效地将聚合物驱动到膜外，在膜外聚合物构象波动的可用体积更大。考虑到聚合物从球形囊泡中释放出来，聚合物移位时间$τ$从$R\gg R_G$的$τ\sim L^3$变为$R<R_G$的缩放行为$τ\sim L^2$，其中$L$是聚合物轮廓长度，$R$、$R_G$分别是囊泡半径和聚合物回转半径。还研究了聚合物捕获到球形芽中，并提出了易于捕获的可能装置。
1998-02-10 cond-mat.soft
Frozen states and order-disorder transition in the dynamics of confined membranes
采用二维流体力学模型研究了两个可渗透壁之间的膜的粘附动力学。膜形态分解成上壁和下壁上的粘附片，并且服从类似于相分离动力学的非线性演化方程，已知这导致粗化，即粘附片的无限生长。然而，由于膜的抗弯刚度，系统向冻结状态演化而不粗化。当增加壁的渗透性时，这种冻结状态表现出有序-无序转变。
2014-09-08 cond-mat.soft
Disjoining Pressure of an Electrolyte Film Confined between Semipermeable Membranes
我们考虑一种电解质溶液，该溶液由与无盐溶剂接触的半透膜限制。膜是不带电的，但由于小的反离子泄漏到无限的无盐水库，我们观察到一个距离依赖的膜电位，产生排斥静电分离压力。我们得到的电位和离子的分布，并推导出明确的公式的分离压力，这是通过计算机模拟验证。我们预测一个强大的短期幂律排斥，和一个较弱的长期指数衰减。我们的研究结果还表明，膜之间的相互作用强烈依赖于筛选长度，电解质溶液的化合价，和膜间膜厚度。最后，我们的分析可以直接扩展到更复杂的情况和一些生物学问题的研究。
2014-07-29 cond-mat.soft
Electrostatics of polymer translocation events in electrolyte solutions
我们开发了一个分析理论，占图像和表面电荷之间的相互作用的带电的介电膜和DNA分子易位通过膜。通过中性碳基膜的易位事件是由排斥DNA-图像-电荷相互作用与膜的反式和顺式侧上的DNA片段之间的吸引耦合之间的竞争驱动的。后者的效果是由介电膜的耦合的减少引起的。在强盐溶液中，排斥的图像电荷效应占主导地位的有吸引力的trans-cis耦合，DNA分子遇到的易位势垒约10 kBT。在稀电解质中，反式-顺式耦合接管图像-电荷力，并且膜变成亚稳态吸引点，其可以在长时间间隔内捕获易位聚合物。该机制可用于易位实验，以便通过调节溶液的盐浓度来控制DNA运动。
2016-03-19 cond-mat.soft
Water in a Polymeric Electrolyte Membrane: Sorption/Desorption and Freezing phenomena
全氟磺酸是一种全氟磺化聚合物，广泛应用于质子交换膜燃料电池。该聚合物采用了由疏水性主链和亲水性磺酸基团之间的微观分离产生的复杂结构组织。在水合时出现充满水的通道和空腔，其中释放酸性质子以形成水合氢离子在水中的溶液，其嵌入聚合物基质中。在273 K以下，发生了水的吸附/解吸现象，其原因至今仍是一个悬而未决的问题。进行中子衍射，我们监测的冰形成的数量在吸附/解吸过程中作为温度的函数下降到180 K。在冷却时，我们观察到冰在膜外形成，并以六边形Ih形式结晶。同时，膜收缩和膨胀，导致基质内水合氢离子浓度增加。可逆地，冰融化并且膜在加热时再水合。本文提出了一个冰点随水合氢离子浓度变化的溶液模型来计算结冰量随温度的变化。模型与实验数据之间的定量一致性解释了在水的吸附或解吸过程中观察到的平滑和可逆的行为，指出了现象的起源。所提出的图片调和禁闭和熵的影响。水填充的电解质纳米结构的其他例子，最终讨论，在澄清在低温下的水传输的条件的上下文中。
2013-12-17 cond-mat.soft
Dynamical Scaling of Polymerized Membranes
采用蒙特卡罗模拟研究了标记单体在自回避聚合膜中的亚扩散动力学。通过将均方位移分解为平面外（$\parallel$）和平面内（$\perp$）分量，我们获得了两个独特的扩散指数$2 α_{\parallel} = 0.36 \pm 0.01$和$2 α_{\perp} = 0.21 \pm 0.01$，以及粗糙度指数$ζ_{\parallel} = 0.6 \pm 0.05$和$ζ_{\perp} = 0.25 \pm 0.05 $，分别为每个分量的良好的数据崩溃。它们的值与转动对称性的关系是一致的。我们推导出广义Langevin方程来描述标记单体在中间时间制度中的亚扩散行为，其中膜中内部模式的集体效应主导动力学，以产生具有幂律的负记忆内核。我们还简要地讨论了如何远程流体动力学相互作用改变的指数。
2014-07-17 cond-mat.soft
Scale-dependent rigidity of polymer-ornamented membranes
我们研究了带有接枝聚合物的流体膜的涨落光谱。与通常的描述相反，我们发现由聚合物引起的改性不能被减少到膜弯曲刚度的重整化。相反，我们表明，pectiented膜表现出的尺度依赖的弹性模量，我们评估。在precentiented层状堆栈，我们进一步表明，这导致修改的Caille参数表征的布拉格峰的幂律奇异性。
2002-03-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer translocation induced by adsorption
我们研究了一个灵活的聚合物的易位通过一个孔在一个膜诱导其吸附在\trans侧的膜。当温度$T$高于$T_c$时，吸附-脱附转变温度、聚合物与膜之间的吸引相互作用在影响聚合物构象方面几乎不起作用，导致移位时间按$τ\sim L^3$缩放，其中$L$是聚合物轮廓长度。然而，当$T < T_c$时，对于足够长的聚合物，易位时间经历了与$τ\sim L^2$的急剧交叉，随后是二级构象（吸附）转变。发现易位时间在$T=T_c'$周围表现出交叉，对于短于临界长度（$N<N_c$）的聚合物，其低于$T_c$。
1998-02-10 cond-mat.soft
Pearling Instabilities of Membrane Tubes with Anchored Polymers
我们研究了主链上带有疏水侧基的亲水性聚合物在中空管状脂质囊泡上引起的珠光不稳定性。结果表明，聚合物浓度与局部膜曲率耦合。珍珠管的弛豫特征在于两个不同的分离的时间尺度，表明两种物理机制。我们提出了一个模型，它解释了所观察到的现象，并预测聚合物分离根据局部膜曲率在后期阶段。
2000-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confined crowded polymers near attractive surfaces
我们目前的结果从分子动力学模拟的球形局限的中性聚合物在拥挤剂的存在下，研究聚合物的形状和构象作为一个功能的限制潜力，溶剂的质量和密度的拥挤。在良好的溶剂条件下的聚合物的构象在很大程度上是独立的拥挤密度，即使当聚合物被强烈限制。然而，对于不良溶剂和有吸引力的墙壁，聚合物显示出一个吸附的扩展状态之间的过渡到一个球状构象的表面上作为拥挤的颗粒密度的函数。这种状态不同于在没有任何壁相互作用的情况下解吸的球状构象和在低的吸引力的壁相互作用值的吸附球状构象。我们重新审视了早期的理解，在弯曲的，有吸引力的表面上的限制聚合物的吸附在这些结果的光。
2019-12-09 cond-mat.soft
Flexible polymer confined inside a cone-shaped nano-channel
在许多实验情况下，聚合物在锥形几何形状中的纳米尺度限制发生。本文采用分子动力学模拟方法对柔性聚合物在锥形纳米通道中的运动进行了理论研究。研究了通道内单体的分布、受限聚合物的构型、作用在聚合物上的熵力以及它们对通道和聚合物参数的依赖性。理论和仿真结果吻合得很好。在模拟中测量了由通道的不对称形状引起的聚合物上的熵力，并且发现其幅度相对于热能是显著的。所获得的力对通道参数的依赖性可能是有用的锥形纳米通道的设计。
2016-02-23 cond-mat.soft
Polymers grafted to porous membranes
我们研究了一个单一的灵活的链分子接枝到膜的大小略大于单体大小的孔。在膜的两侧有相同的溶剂。当这种溶剂是好的时，即当聚合物被描述为自避免行走时，它可以相当容易地穿透膜，使得对于链长$N\to\infty$，膜交叉的平均数趋于正常数。在这个极限下，膜两侧的单体平均数是不同的，尽管它们的比例变得无限大。相反，对于不良溶剂，对于大的$N$，整个聚合物位于膜的一侧。对于良好的和θ溶剂（理想的聚合物），我们发现标度律，其指数可以在后一种情况下很容易地理解从随机游动的行为。
2006-08-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficient equilibration of confined and free-standing films of highly entangled polymer melts
含有高度缠结的长链聚合物熔体在限制或自由表面的平衡是一个挑战的计算机模拟。我们首先研究聚合物熔体的基础上的软球粗粒模型限制在两个壁之间的周期性边界条件，在两个方向上平行的墙壁。然后，我们应用反向映射重新插入底层珠弹簧模型的微观细节。通过调节壁面势的强度，即使在壁面附近，处于平衡状态的受限聚合物熔体的单体密度也保持在体密度。在一个弱的限制制度，我们观察到相同的构象性质的链在散装熔体表明，我们的限制聚合物熔体已达到其平衡状态。我们的方法提供了一种有效的方法来平衡具有不同厚度的大聚合物膜，并且不限于特定的底层微观模型。在垂直于壁的方向上关闭壁电势，使得能够研究独立的高度缠结的聚合物膜或具有一个支撑基底的聚合物膜。
2020-09-18 cond-mat.soft
Polymer chains in confined spaces and flow-injection problems: some remarks
我们重新审视的经典问题的行为的一个孤立的线性聚合物链在有限的空间，介绍了两种不同的限制制度（{ \it弱}和{ \it强}限制制度，分别）之间的区别。然后，我们讨论了最近的一些实验结果有关的分区个别聚合物到蛋白质孔。我们还将我们的研究推广到支化聚合物的情况下，并研究这些对象到纳米级孔，其中强约束制度起着重要作用的流动注射性能。
2005-06-30 cond-mat.soft
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
Confined chiral polymer nematics: ordering and spontaneous condensation
我们研究了球形外壳内的长限制性手性聚合物的缩合，模仿病毒衣壳内的DNA缩合。Landau-de Gennes的凝聚自由能{ \sl Angles}适用于凝聚聚合物，使我们能够详细研究凝聚过程，在不同的边界条件下，在封闭的墙壁，模拟排斥和吸引的聚合物表面相互作用。增加的手性，我们观察到的环形冷凝物转化成一个封闭的表面，增加属，类似于在低温显微镜的噬菌体中观察到的有序结构域的形成。
2012-10-11 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
Selective molecular transport in thermo-responsive polymer membranes: role of nanoscale hydration and fluctuations
对于广泛的现代软功能材料，亚纳米尺寸的分子（“促渗剂”）通过刺激响应性聚合物膜的选择性转运是所需功能的关键。在这项研究中，我们研究了从非极性到极性的分子和离子的反渗透剂在一个矩阵的崩溃聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）聚合物在水中广泛的分子动力学模拟。我们发现，水分布不均匀的分形簇结构嵌入在纳米尺寸的聚合物基体的空隙。纳米聚集的水作为渗透剂扩散的重要参与者，其通过跳跃机制通过“湿”过渡态进行：渗透剂通过由罕见但决定性的聚合物波动打开的瞬态水通道从一个空隙跳跃到另一个空隙。所研究的渗透剂的扩散率延伸超过近五个数量级，从而使一个明确的非斯托克斯，指数依赖的扩散系数的渗透剂的半径不带电的渗透剂的分析比例关系的制定。带电的反离子（离子）在被大的孤立的水分子团簇捕获时表现不同。最后，我们发现大的能量激活障碍跳跃，这显着依赖于水合状态，从而挑战现有的运输理论。
2018-06-19 cond-mat.soft
Dielectric trapping of biopolymers translocating through insulating membranes
通过基于纳米孔的移位技术对生物聚合物进行灵敏测序需要延长分子在孔中所花费的时间。我们发展了聚合物迁移的静电理论，表明迁移时间可以通过聚合物的介电捕获而延长。在稀盐条件下，低介电常数膜和大介电常数溶剂之间的介电对比引起聚合物的顺式和反式部分之间的吸引力相互作用。这种自吸引作用就像一个电介质陷阱，可以将易位时间提高几个数量级。我们还发现静电相互作用导致移位时间$τ$与聚合物长度$L$的分段缩放。在短的聚合物制度$L\lesssim10$ nm的外部漂移力占主导地位的静电聚合物相互作用，易位的特征在于漂移行为$τ\sim L^2$。在中间长度区域$10\;{\rm nm}\lesssim L\lesssimκ_{\rm b}^{-1}$中，其中$κ_{\rm b}$是德拜-休克尔屏蔽参数，介电陷阱接管漂移力。因此，增加聚合物长度导致易位时间的准指数增长。最后，在长聚合物$L\gtrsimκ_{\rm b}^{-1}$的范围内，盐屏蔽导致电介质陷阱的饱和，移位时间随$τ\sim L$线性增长。这种强烈偏离漂移行为突出了静电相互作用在聚合物易位中所起的重要作用。
2018-10-14 cond-mat.soft
Electrostatic energy barriers from dielectric membranes upon approach of translocating DNA molecules
我们探测与DNA易位事件的接近阶段相关的静电成本。在Debye-Huckel水平的分析理论中，我们计算了刚性DNA分子与电介质膜相互作用的静电自由能。对于碳或硅基低介电常数中性膜，DNA分子经历10 kBT和100 kBT之间的排斥能垒。在具有高介电常数的工程膜的情况下，膜表面以相同大小的能量吸引DNA。排斥和吸引相互作用都是由图像电荷效应引起的，并且即使对于尺寸d~6 A的最薄的石墨烯基膜，它们的幅度也存在。对于弱电荷膜，静电自由能总是吸引在大的分离距离，但开关排斥接近膜表面。我们还研究了相互作用能对聚合物长度的依赖性。对于膜电荷密度的特定值，低介电常数膜排斥短聚合物，但吸引长聚合物。我们的研究结果可以用来控制强静电自由能的DNA膜相互作用之前易位事件的化学工程的相关系统参数。
2015-11-17 cond-mat.soft
Structural properties of water confined by phospholipid membranes
生物膜对于细胞的生命是必不可少的，并且水合水为它们的组装和稳定性提供了驱动力。在这里，我们研究了磷脂膜中水的结构特性。我们采用Martelli等人最近提出的敏感局部序度量来表征检查中程序（IRO）的局部结构，它测量和分级局部环境与完美冰结构的重叠程度。靠近膜，水获得高IRO并改变其动力学性质，例如，减慢其在从膜界面延伸超过$\simeq 1$ nm的区域中的平移和旋转自由度。令人惊讶的是，我们表明，在距离$\simeq 2.5$ nm的接口，虽然批量样的动力学恢复，水的IRO仍然略高于在相同的热力学条件下，在散装。因此，水-膜界面在环境条件下具有结构效应，该结构效应比经常调用的$1$ nm长度尺度传播得更远，在分析由膜限制的水的实验数据时应仔细考虑该结果，并且可以帮助我们理解水在生物系统中的作用。
2017-03-22 cond-mat.soft
Liquid Crystalline Polymer Vesicles: Thermotropic Phases in Lyotropic Structures
本文综述了近年来液晶聚合物囊泡（聚合物囊泡）的研究进展。液晶聚合物囊泡具有液晶和聚合物这两种基本软物质的性质。一方面，LC聚合物囊泡提供了取向顺序和二维膜的弯曲几何形状之间相互作用的新实例。球形，椭圆形和四面体囊泡进行了讨论。另一方面，LC聚合物囊泡使得能够使用LC嵌段的从均相到各向同性相的分子内构象转变来设计刺激响应性聚合物囊泡。突出显示了光响应聚合物囊泡爆发。
2015-03-04 cond-mat.soft
Harmonically confined, semiflexible polymer in a channel: response to a stretching force and spatial distribution of the endpoints
我们考虑一个不可伸展的，半柔性的聚合物或蠕虫状的链，其在横向上被抛物线势所限制，并在末端受到纵向力，使得聚合物被拉伸并且回折可以忽略不计。简单的解析表达式的配分函数，有效的在这个政权中，获得任意长度的链与各种边界条件的结束。还分析了端点的空间分布或径向分布函数。
2011-07-16 cond-mat.soft
The model of stress distribution in polymer electrolyte membrane
建立了一个氢/空气燃料电池多孔水传输板（WTP）聚合物电解质膜（PEM）中机械应力的解析模型。该模型认为膜中的机械应力是恒定氧利用率下电池负载循环的结果。负载循环导致入口气体流速的循环，这导致膜水合/脱水靠近气体入口。膜的水合/脱水导致膜溶胀/收缩，这在受约束的膜中引起机械应力。机械应力导致贯穿平面裂纹的形成。因此，膜中的机械应力导致膜的机械故障，限制了燃料电池的寿命。该模型预测膜中的应力作为细胞几何形状、膜材料性质和操作条件的函数。将该模型应用于GORE-SELECT中的应力计算。
2014-01-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Adhesion dynamics of confined membranes
我们报告的动力学模型的限制脂质膜。我们推导出一个润滑极限下的薄膜模型，它描述了一个在两个粘性壁之间具有弯曲刚度的不可伸展的液膜。所得方程与Swift-Hohenberg模型有相似之处。然而，不可伸展性是由依赖于时间的非局部张力所强制的。根据系统中可用的过量膜面积，从模型的数值解中发现三个不同的动力学区域，表示为A、B和C。在方案A中，具有小的过量面积的膜形成平坦的粘附域并冻结。这种冻结解释的曲率驱动的畴壁运动的有效模型。在Swift-Hohenberg方程中，非局部膜张力趋于负值，对应于平坦畴壁的线性稳定阈值。在制度B中，具有中间过量区域的膜表现出无限粗化，同时存在平坦粘附域和褶皱域。张力趋于Swift-Hohenberg方程中的平坦畴壁的非线性稳定阈值。在状态B中，系统被褶皱相覆盖的部分随着过量面积线性增加。在方案C中，具有大的多余面积的膜完全被冻结的皱纹图案覆盖。随着多余面积的增加，张力增加，褶皱的波长减小。对于大的膜面积，存在到褶皱的极值与壁接触的状态的交叉。在所有的制度后，一个初始的瞬态，强大的本地化结构的形式，导致一个确切的保护粘附域的数量。
2018-08-01 cond-mat.soft
Equation of State of Colloidal Membranes
在非吸附性聚合物的存在下，单分散的棒状胶体组装成一个棒状长度的厚的液体状单层，称为胶体膜。胶体膜内的棒的密度由包封聚合物悬浮液施加的渗透压与胶体棒之间的排斥力之间的平衡决定。我们开发了一种微流控装置，用于连续观察隔离膜，同时动态控制聚合物悬浮液的渗透压。使用这种技术，我们测量了膜棒密度在一个范围内的渗透压比更宽的是什么是平衡样品中可访问的。随着密度的增加，我们观察到一个一级相变，其中的平面膜顺序从二维流体转化为二维固体。在低渗透压的限制下，我们测量了单个杆从膜上蒸发的速率。所开发的微流控技术可广泛适用于各种软材料的原位研究，以及它们的性质如何取决于溶剂的组成。
2019-05-30 cond-mat.soft
An infinitely long flexible polymer chain in between two parallel plates
我们考虑了一个完全定向的自回避行走模型在立方晶格上模拟的构象的无限长的限制柔性聚合物链;和限制条件是由两个平行的无热板。受限的聚合物体系是在良好的溶剂条件下，我们重新考虑这个问题，以解决任何长度的链，也为任何板之间的分离的实际聚合物的模型。利用基于生成函数技术的解析计算方法，导出了受限高分子链的平衡统计。得到了受限链的受限力、表面张力和受限链的单体密度分布。我们提出的计算方法是适合于了解热力学的任意长度的限制聚合物链。
2021-06-17 cond-mat.soft
Mechanical properties and microdomain separation of fluid membranes with anchored polymers
采用无网格膜模型结合锚定线性聚合物链，研究了锚定聚合物对生物膜的熵效应。研究了锚定理想高分子链和排斥体积高分子链的弯曲刚度和自发曲率。我们的结果与以前的理论预测是一致的。结果发现，聚合物降低膜边缘的线张力，以及膜域之间的界面线张力，导致微域形成。与在典型的二元流体中观察到的两相混合不同，密集锚定的聚合物使小区域稳定。提出了锚定理想链降低边缘线张力的平均场论，较好地再现了模拟结果。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Turing patterns on polymerized membranes: a coarse-grained lattice modelling with internal degree of freedom for polymer direction
本研究基于带聚合物方向内禀自由度的聚合膜粗粒化模型，结合蒙特卡洛与图灵方程迭代的混合数值方法，发现膜机械变形各向异性的易轴决定图灵斑图方向，且正则蒙特卡洛模拟可捕获非平衡构型。
2025-02-21 cond-mat.soft nlin.PS
Fast Evaporation Enabled Ultrathin Polymeric Coatings on Nanoporous Substrates for Highly Permeable Membranes
衍生自聚合物膜的膜有希望满足快速分离，但目前可用的在多孔载体上生产厚度大大降低的聚合物膜的方法仍然面临挑战。在这里，通过快速溶剂蒸发的简单通用方法实现了无缺陷的超薄聚合物覆盖膜（UPCF）。通过快速蒸发稀释的聚合物溶液，我们实现了多孔基底的完全在顶面上的涂覆（~30 nm），在室温下用聚苯乙烯-嵌段-聚（2-乙烯基吡啶）的嵌段共聚物或在升高的温度下用聚（乙烯醇）（PVA）的均聚物形成UPCF。随后选择性溶胀至嵌段共聚物并交联至PVA，所得双层复合结构用作高渗透膜，在超滤和渗透蒸发应用中提供比具有类似截留率和选择性的现有技术分离膜高约2-10倍的渗透率。这一工作为在多孔基底上可控地制备纳米涂层开辟了一条新的、简便的途径，在膜分离等领域显示出巨大的潜力。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer translocation into laterally unbounded confined environments
使用Langevin动力学模拟在三维（3D），我们调查的动力学的聚合物易位到两个平行的平面壁之间的区域与分离$R$下的驱动力$F$，分别。与开放环境相比，由于部分易位单体的拥挤效应，易位动力学发生了很大变化。易位时间$τ$最初随着$R$的增加而迅速减小，然后对于较大的$R$饱和，并且受限环境导致$τ$对$F$的非普遍依赖性。
2010-04-12 cond-mat.soft
Polymer confinement in undulated membrane boxes and tubes
我们考虑量子粒子或高斯聚合物限制在两个表面之间和圆柱与正弦波动。利用变分方法，我们证明了在长波长起伏下，量子机械波方程在这些几何结构中具有较低的基态能量，在这些几何结构中形成凸起，波在凸起中局域化.相应地，高斯聚合物链在波浪形的盒子或管道中获得的熵比在完全平坦或笔直的盒子或管道中获得的熵高。这些现象可以用量子粒子的不确定原理和高斯聚合物的“聚合物限制规则”来解释。如果膜盒或管是柔性的，则建议聚合物引起的波动不稳定性。我们发现，波动的波长在阈值的膜盒的不稳定性几乎是两个壁之间的距离的两倍。令人惊讶的是，我们发现，管的不稳定性开始与较短的波长相比，“瑞利”面积最小化的不稳定性。
2000-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of membranes driven by actin polymerization
运动细胞在受到刺激时，其膜的活性急剧增加，表现为动态膜结构的出现，如板状伪足、丝状伪足和膜皱褶。外部刺激打开膜结合激活剂，如Cdc42和PIP2，其引起在其附近的肌动蛋白细胞骨架的增加的分支和聚合，导致膜上的局部膨胀力。复杂膜结构的出现是膜动力学、活化剂和膨胀力相互耦合的结果。我们提出了一个简单的模型，处理动态下的肌动蛋白聚合力的作用下，依赖于自由扩散的活化剂在膜上的局部密度的膜。我们发现，取决于与激活剂相关的自发膜曲率，所产生的膜运动可以是波浪状的，对应于膜皱褶和肌动蛋白波，或不稳定的，表明丝状伪足形成的趋势。我们的模型还定量地解释了各种相关的实验观察，并提出了几个可检验的预测。
2005-03-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Phase Behavior in Thin Films of Confined Colloid-Polymer Mixtures
利用自洽场和密度泛函理论，我们首次研究了聚合物接枝的两个软表面之间的胶体/聚合物膜的胶体自组装。随着胶体浓度的增加，薄膜在平面上经历了一系列从无序液态$\to$稀疏方形$\to$六方（或混合方形-六方）$\to$密集方形$\to$圆柱结构的转变，这是聚合物刷的熵弹性与胶体颗粒的空间堆积效应之间的竞争所致.相图显示了不同的层内有序结构的稳定区域，作为胶体浓度的变化和分层过渡的聚合物接枝密度降低。我们的研究结果显示了一种新的控制机制，以稳定有序的薄膜内的结构。
2006-10-21 cond-mat.soft
Coiling of Cylindrical Membrane Stacks with Anchored Polymers
我们研究实验的螺旋不稳定性的圆柱形多层堆叠的磷脂膜，引起的聚合物与疏水锚沿其亲水性骨干接枝。我们解释我们的实验结果的模型，其中局部膜曲率和聚合物浓度耦合。该模型预测最大紧线圈的发生率高于阈值锚占用。事实上，只有最紧密的线圈观察实验。我们的系统是独一无二的，因为线圈在没有扭曲的情况下形成。
1999-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Equilibrium behaviour of two cavity-confined polymers: Effects of polymer width and system asymmetries
使用纳米流体装置的实验已经证明在表征被限制在小腔中的聚合物的物理性质方面是有效的。最近的两项研究使用这种方法检查了两个DNA分子在盒状腔中的组织和动力学，盒状腔在一个方向上具有强限制，并且在横向平面上具有方形和椭圆形截面。受这些实验的启发，我们采用Monte Carlo和布朗动力学模拟研究的物理行为的两个聚合物局限于小腔的形状与实验中使用的那些。我们量化了以下聚合物性质和限制尺寸对聚合物的组织和动力学的影响：聚合物宽度，聚合物轮廓长度比，腔的横截面积，以及具有矩形和椭圆形截面的腔的腔伸长的程度。我们发现，聚合物偏析的趋势是通过增加聚合物的宽度。对于足够小的腔，增加腔伸长促进相同聚合物沿其长轴向腔的相对侧的分离和定位。自由能势垒控制聚合物交换位置的速率，并且观察到的动力学与简单理论模型的预测大致一致。增加聚合物之间的轮廓长度差异显著影响它们在腔中的组织。在大的线性聚合物与小的环状聚合物共同捕获在椭圆形腔中的情况下，小的聚合物倾向于位于侧向限制壁附近，并且特别是在高度伸长的椭圆的腔极处。
2022-12-28 cond-mat.soft
Programmable actuation of porous poly(ionic liquid) membranes by aligned carbon nanotubes
开发了一种复合多孔聚合物膜，其基质中具有对齐的CNT，其对有机蒸气具有可编程的各向异性致动。碳纳米管在多个方向上的排列和膜的梯度多孔结构是致动的关键，并且致动方向可以很好地控制在垂直于碳纳米管的纵向取向的方向上。可逆驱动可重复300次循环而无明显疲劳。这些聚合物复合材料是有前途的构建块，用于各种各样的应用，如传感器和执行器。可编程致动的概念在多孔聚合物材料中通过CNT的复杂取向成功地反映了对物理运动的新的高水平控制，其适用于广泛的软致动器。
2016-09-21 cond-mat.soft
Local ion environment in polyamide membranes revealed by molecular dynamics
本研究利用分子动力学模拟揭示了反渗透膜内的局部离子环境，发现膜内离子配位方式与水中相似但配位数减少，且阳离子与酰胺氧原子的结合显著阻碍离子迁移。
2025-10-31 cond-mat.soft
Mid infrared imaging of mass transport in polymer electrolyte membranes of an operating microfluidic water electrolyzer
本研究利用operando红外光谱成像研究PEM电解槽水传输，发现阳极电解液浓度越高电流密度波动越大且存在水扩散梯度，指出需优化水管理与电解槽设计以提升工业PEM电解的稳定性与效率。
2025-05-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Coiling Instability of Multilamellar Membrane Tubes with Anchored Polymers
我们研究实验的螺旋不稳定性的圆柱形多层堆叠的磷脂膜，引起的聚合物与疏水锚沿其亲水性骨干接枝。我们的系统是独一无二的，因为线圈在没有扭曲和粘合的情况下形成。我们解释我们的实验结果在一个模型中，局部膜曲率和聚合物浓度耦合。该模型预测发生最大紧线圈以上的阈值聚合物占用。一个适当的模型和实验之间的比较涉及从模拟的最大曲率和复杂的扭曲连续管的投影成像。
2000-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Theoretical calculation of the phase behavior of colloidal membranes
我们制定了一个密度泛函理论，描述了硬棒和耗尽聚合物的相行为，实现在最近的实验中悬浮液的\emph{fd}病毒和非吸附聚合物。该理论预测的相对稳定性的微滴，堆叠的近晶柱，和最近发现的相孤立的单分子层的棒，或胶体膜。我们发现，一个最小的棒的纵横比所需的胶体膜的稳定性和集体突起起伏是稳定这一阶段的主导作用。理论预测与实验和计算结果定性一致。
2011-07-11 cond-mat.soft
Pulling a DNA molecule through a nanopore embedded in an anionic membrane: tension propagation coupled to electrostatics
我们考虑静电力的影响，驱动易位动力学的一个灵活的被拉过纳米孔的头部单体上的外力。为此，我们增加了等通量张力传播（IFTP）理论与静电的带负电荷的生物聚合物拉通过纳米孔嵌入在一个类似的带电荷的阴离子膜。我们表明，对于现实的情况下，如单链DNA，易位动力学在低盐筛选是弱的，在有限的负膜电荷出乎意料地加速，尽管大的排斥静电相互作用的聚合物线圈上的{ \it顺}侧和带电的膜。这是由于在移位过程中线圈的静电势能的快速释放，导致有效的吸引力，有助于末端驱动移位。加速导致非单调的聚合物长度和膜电荷依赖性的指数$α$，其表征具有长度$N_0$的聚合物的移位时间$τ\propto N_0^α$。在长链聚合物$N_0\gtrsim500$的制度，易位指数超过其上限$α=2$先前观察到的相同的系统没有静电相互作用。
2020-07-04 cond-mat.soft
Stall, spiculate or runaway - the fate of fibers growing towards fluctuating membranes
我们解决了一个增长的半柔性聚合物，或纤维，接近波动的膜在一个角度的动态运动方程。在后期，我们发现了三种不同的状态：纤维{ \em失速}，当纤维生长由于膜阻力而停止时，{ \em失控}，其中聚合物弯曲远离膜，以及另一种状态，其中膜响应是非线性的并且形成管状膜{ \em针状物}。我们讨论了由此产生的“相图”的区域探索（一）单个和成束的肌动蛋白纤维在活细胞中，（二）镰状血红蛋白纤维在红细胞中，和（iii）微管人工囊泡内生长。我们补充我们的分析与完整的三维随机模拟。
2006-08-08 cond-mat.soft
Hydrodynamic effects on concentration fluctuations in multicomponent membranes
本文研究了流体动力学效应对多组分流体膜临界浓度波动动力学的影响。考虑了两种几何情况：（i）约束膜情况和（ii）支撑膜情况。我们数值计算波数的有效扩散系数的依赖性，通过改变温度和/或体相流体的厚度。在某些极限情况下，将所得结果与以前得到的解析表达式进行了比较。一个类比的多组分膜的二维微乳液探索有限的膜的几何形状。
2010-11-26 cond-mat.soft
Free energy of self-avoiding polymer chain confined between parallel walls
本文提出通过人工弹性弹簧连接平行壁并测量平均约束力的方法，计算受限自回避聚合物链的自由能，并给出解析表达式以补充理想链经典理论，适用于多种平行壁受限场景。
2025-07-04 cond-mat.soft
Ionic liquids confined in 1D CNT membranes:gigantic ionic conductivity
离子液体（Ionic Liquids，IL）是一种完全不含溶剂的有机熔盐。它们显示出显著的特性：低蒸汽压，高离子电导率，高化学，热和电化学稳定性。因此，这些电解质满足开发安全储能系统的关键标准。由于静电和范德华相互作用之间的竞争，离子液体显示出一种不寻常的性质，净散装液体：他们自组织在瞬态纳米域。在离子液体为基础的电化学装置，这种波动的纳米偏析作为能量屏障的长距离扩散过程，因此离子电导率。在这里，我们展示了如何离子液体的离子电导率可以增加一个以上的数量级，通过利用一维（1D）限制在宏观取向的碳纳米管（CNT）膜的影响。我们确定一维碳纳米管膜作为高瞬时功率电池的有前途的隔板。
2017-10-16 cond-mat.soft
Aqueous Nanoclusters Govern Ion Partitioning in Dense Polymer Membranes
在水溶液中通过响应性聚合物膜和水凝胶对带电分子的吸收和吸附对于软功能材料的开发至关重要。在这里，我们研究简单单原子的划分（Na $^+$，K $^+$，Cs $^+$，Cl $^-$，I $^-$）和一个分子离子（4-硝基酚盐; NP $^-$），电中性聚合物（$N$ -异丙基丙烯酰胺）膜的显水分子动力学模拟模拟力学模拟.在主要的疏水环境中，水分布在多分散水纳米团簇的网络中。团簇的平均大小决定了简单离子的平均静电自能，这些简单离子最好深深地存在于它们内部;因此，我们发现了比使用均匀介电常数的简单玻恩图所预期的大得多的分配比$K\simeq\>$ 10 $^{-1}$。尽管它们的不规则形状，我们观察到，水簇具有普遍的负静电势相对于他们的周围，是已知的水的液体-蒸汽界面。这种潜在的，我们发现隐藏在对称的单原子盐的情况下，可以显着影响较大的带电分子的转移自由能，因为它们的弱水合作用和增加的亲和力界面。因此，与简单离子形成鲜明对比的是，分子离子NP $^-$可以具有比1大得多的分配比，$K\simeq\>$ 10-30（取决于阳离子类型）或甚至超过单价盐的$10^3$，这解释了最近观察到的在致密聚合物网络内催化的NP $^-$还原的增强的反应动力学。这些结果还表明，电离分子甚至可以增强在塌陷的疏水凝胶中的分配，这强烈挑战了传统的简单化推理。
2020-03-20 cond-mat.soft
Local entropic effects of polymers grafted to soft interfaces
本文研究了端栓在流体膜上的高分子链的平衡性质。高分子构象熵的损失导致了非均匀的压力场，我们对高斯链进行了计算。我们通过压力和浓度之间的关系来估计排除体积的影响。在聚合物的压力下，柔软的表面会变形。我们计算的变形轮廓的流体膜，并表明，接近嫁接点，该配置文件假设一个锥形的形状，独立的边界条件。不同聚合物之间的相互作用也由膜变形介导。这种对加性势对于接枝在膜的同一侧上的链是有吸引力的，否则是排斥的。
2000-06-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of polymer adsorption to a flexible membrane
我们分析了接枝到有吸引力的柔性表面上的单个聚合物链的结构行为。我们的模型是由一个粗粒度的珠和弹簧聚合物和拴系膜。通过广泛的并行回火蒙特卡罗模拟，它表明，该系统表现出丰富的相行为，从高度有序，紧凑的扩展随机线圈结构和从解吸到完全吸附，甚至部分嵌入的构象。这些研究结果总结在伪相图中，指示作为外部参数温度和聚合物-膜相互作用强度的函数的主要类别的构象。通过与吸附到一个刚性的膜表面的比较，它表明，膜的灵活性引起定性的新的行为，如吸附构象的拉伸。
2011-09-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
