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
Pressure Driven Flow of Polymer Solutions in Nanoscale Slit Pores
采用耗散粒子动力学方法，系统地研究了纳米尺度狭缝孔中聚合物溶液的压力驱动流动。我们研究了分子量、聚合物浓度和流速对流体和聚合物速度、聚合物密度和聚合物回转半径的三个组成部分的跨通道分布的影响。我们发现，随着聚合物分子量或/和聚合物浓度的增加，平均流动流体速度降低，并且随着聚合物分子量或浓度的增加，速度分布从抛物线分布的偏差加重。我们还发现，聚合物构象的分布是高度各向异性和不均匀的整个通道。聚合物的密度分布也被发现是不均匀的，表现出在中心平面的局部最小值，然后是两个对称的峰。我们发现了聚合物链的迁移，无论是从或向墙壁。对于相对长的链，与狭缝的厚度相比，观察到朝向壁的迁移。然而，对于相对短的链，观察到远离壁的迁移。
2006-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Depletion-Induced Interactions Modulate Nanoscale Protein Diffusion in Polymeric Crowder Solutions
本研究利用MHz-XPCS实验，发现聚合物拥挤剂通过耗尽相互作用诱导中程有序，调节铁蛋白扩散，并揭示以2c*为交叉的标度行为，强调需考虑聚合物特异性相互作用。
2025-09-09 cond-mat.soft
A silicone-based slippery polymer coating with humidity-dependent nanoscale topography
本工作研究了SOCAL涂层的制备与特性，发现在严格控制的湿度下沉积的涂层具有意想不到的多尺度半球状结构，且不增加接触角滞后，提出了聚合物化学组织的新模型来解释这种类液体行为。
2023-11-20 cond-mat.soft
Exploring structure-property relationship on a nanoscale for tailoring films of amphiphilic polymer co-networks
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.（德累斯顿莱布尼茨高分子研究所）
研究通过AFM技术探索了两亲性聚合物共网络的结构-性质关系，揭示了网络组成和环境条件对薄膜机械性能的影响。
2026-01-08 cond-mat.soft
Bridging Pico-to-Nanonewtons with a Ratiometric Force Probe for Monitoring Nanoscale Polymer Physics Before Damage
理解纳米尺度力在皮到纳牛顿范围内的传递在聚合物物理学中很重要。虽然物理方法在分析凝聚环境中的局部力分布方面存在局限性，但使用力探针的化学分析是有前途的。然而，有严格的要求，探测结构破坏前产生的局部力。这些力的大小对应于低于共价键断裂（从200 pN到几nN）和高于热波动（几pN）的范围。在这里，我们报告了一个构象灵活的双荧光力探针，理论上估计阈值约为100 pN。该探针可以对拉伸聚合物链网络中局部力的分布进行比率分析。在不改变聚合物固有性质的情况下，实时可逆地监测力分布。探针位置的化学控制表明，局部应力集中是两倍的偏向交联剂比在主链，特别是在应变硬化区。由于高灵敏度，估计应力探针的百分比比常规机械载体的激活速率高1000倍以上。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Local mechanical properties of electrospun fibers correlate to their internal nanostructure
聚合物纳米纤维的性质可以通过在纳米级适当地管理聚合物分子的结构来定制和增强。虽然电纺聚合物纤维在许多技术应用中越来越多地被利用，但其内部纳米结构决定了其改善的物理性能，仍然缺乏研究和理解。在这里，我们解开了由原型共轭聚合物制成的静电纺丝功能纳米纤维的内部结构。利用近场光学测量的独特功能来研究聚合物密度的纳米级空间变化，证明了嵌入在较低密度聚合物壳中的致密内核的存在。有趣的是，纳米级映射的纤维杨氏模量表明，致密的核心是刚性比聚合物，密度较低的外壳。这些发现是合理的，通过开发一个理论模型和模拟的聚合物分子结构的演变过程中的静电纺丝过程。该模型预测，聚合物网络的拉伸引起朝向网络的喷射中心的收缩，其中聚合物密度局部增加，如在固体结构中观察到的。发现的复杂内部结构为改善和定制聚合物纤维的分子形态和多功能电子和光学性能开辟了有趣的前景。
2013-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropic polymer nanoparticles with controlled dimensions from the morphological transformation of isotropic seeds
如果我们要设计和创造先进的材料，那么在多个长度尺度上理解和控制自组装过程至关重要。特别是，我们在纳米尺度上组织物质的能力已经有了相当大的进步，但仍然远远落后于我们操纵单个分子的技能。我们迫切需要新的工具来控制纳米级的组装，以及对它们如何工作的物理理解。在这里，我们报告了一种新的方法，用于生产高度各向异性的纳米粒子的控制尺寸的基础上的形态转换过程（MORPH为短）驱动的超分子键的形成。我们提出了一个最小的物理模型MORPH，这表明它将被推广到大量的聚合物/纳米粒子系统。我们设想MORPH成为一个有价值的工具，用于控制纳米级的自组装，并为不同的应用程序的功能性纳米结构的生产。
2019-10-02 cond-mat.mtrl-sci 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
The relationship between induced fluid structure and boundary slip in nanoscale polymer films
采用分子动力学模拟研究了聚合物熔体与弱吸引光滑表面界面滑移的分子机理。与我们以前的研究剪切稀化流体的滑移流，它表明，滑移长度通过一个局部最小值在低剪切速率，然后迅速增加，在较高的剪切速率。我们发现，在足够高的剪切速率下，滑移流在原子级平坦的晶体表面是各向异性的。数值计算表明，液固界面处的摩擦系数（粘度与滑移长度之比）随滑移速度的变化经历了从一个定值到幂律衰减的过渡过程。过渡的特征速度与平衡时固体壁附近的第一流体层中的流体单体的扩散速度很好地相关。我们还表明，在线性政权，摩擦系数是由一个单一的变量，这是一个产品的表面诱导峰的结构因子和相邻流体层的接触密度的大小的函数很好地描述。摩擦系数和诱导流体结构之间的普遍关系适用于界面的许多材料参数：流体密度、链长、壁-流体相互作用能、壁密度、晶格类型和取向、热壁或固体壁。
2010-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Conformation-Induced Stiffening Effect of Crosslinked Polymer Thin Films
纳米聚合物薄膜广泛应用于能源、柔性电子和生物传感器等领域，其良好的机械性能对实现其全部功能至关重要。已经证明，聚合物薄膜的弹性性能通常受到其厚度的强烈影响;然而，这种现象的潜在机制，特别是在微观水平上的透彻理解，尚未实现。本文建立了一个基于粗粒分子动力学（CGMD）的计算框架，并结合实验验证，旨在揭示交联聚合物薄膜硬化行为的构象起源。通过对聚合物网络结构进行系统控制，我们发现双轴模量的变化基本上是聚合物构象改变的结果。然后，提出了一个统一的理论，定量地澄清系统的弹性性能和链端到端距离的分布变化之间的相关性，预测一个显着的硬化效应的顶部上的传统的熵弹性与大部分展开的链。采用由建模启发的处理协议，我们的实验表明，在近似相同的厚度的PDMS膜可能会表现出两个数量级的差异，其模量。实验和模拟之间的良好协议说明我们的研究结果作为一个有效的指导方针，定制的弹性性能的聚合物薄膜在纳米级。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Proton channels
Nafion是一种聚合物电解质膜，用于某些燃料电池，其结构在近几十年来一直备受争议。现在，一个新提出的模型揭示了纳米级的排列，可以解释这种材料优异的传输特性。
2008-07-22 cond-mat.soft
Velocity fluctuation and force scaling during driven polymer transport through a nanopore
本研究通过图案化DNA纳米结构测量聚合物易位过程中的瞬时速度，揭示速度波动与力标度规律，连接实验与理论，为优化纳米孔传感性能提供指导。
2024-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Material properties of biomolecular condensates emerge from nanoscale dynamics
本文研究复合凝聚形成的生物分子凝聚体，发现纳米尺度链动力学可通过聚合物物理关系与扩散和粘度关联，并揭示残基间接触寿命差异导致摩擦不同，提出快速接触交换是防止动力学停滞的普遍机制。
2025-07-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Application of molecular simulations: Insight into liquid bridging and jetting phenomena
分子动力学模拟已进行纯液态水，氯化钠水溶液，和聚合物溶液暴露于一个强大的外部电场的目标，以获得分子的洞察力的结构响应的字段。几种模拟方法已被用来阐明导致形成液体桥和射流（在纳米纤维的生产）的过程的分子机制。它示出，在建立的纳米级结构中，分子形成一个链，其偶极矩在整个样品体积中平行于所施加的场取向。离子的存在可能会干扰这种结构，导致其最终解体成液滴;稳定液柱所需的阈值场的浓度依赖性已被确定。还观察到聚合物在喷射过程中的构象变化。
2015-04-03 cond-mat.soft
A finite element approach to self-consistent field theory calculations of multiblock polymers
自洽场论（SCFT）已被证明是一个强大的工具，用于模拟软材料，特别是多嵌段聚合物的平衡微观结构。数值求解SCFT方程组的一种非常成功的方法是基于使用谱方法。虽然这种方法获得了广泛的成功，但它也有局限性，特别是在当前技术相关应用的背景下。这些限制包括非平凡的方法来建模复杂的几何形状，在扩展到非周期域的困难，以及非平凡的空间自适应扩展。作为一个可行的替代光谱方案，我们开发了一个有限元公式的SCFT范例计算平衡聚合物形态。我们讨论了制定和解决实施挑战，以确保准确性和效率。我们探索高阶链轮廓步进器，有效地实现了理查森外推。这种方法是高度可扩展的，适用于具有任意形状的系统。我们展示了空间和时间收敛，并说明了最多2048个核心的扩展。最后，我们说明了所选择的复杂几何形状的限制效应。这对纳米级应用的材料设计具有影响，在纳米级应用中，尺寸使得平衡形态与体相显著不同。
2016-07-11 cond-mat.soft physics.comp-ph
A Theoretical Framework for the Coupling of Macroscale-Nanoscale Mechanochemical Phenomena in Condensed Matter
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
该研究针对共价机械化学缺乏预测凝聚态物质反应动力学理论框架的问题，开发非微扰理论框架，可捕获高应变分子活化能垒变化，实现多尺度预测，通过一般可观测量表达式，用简单计算预测机械化学效应，以螺吡喃为例进行了验证。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
When Knots are Plectonemes
本研究发现纳米孔中dsDNA易位时被误认为结的特征实为螺旋绞旋，其形成由溶剂流诱导的DNA旋转和扭转传播主导，为准确分析聚合物运输提供了新视角。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Formation and field-driven dynamics of nematic spheroids
基于液晶（LC）材料的新兴技术越来越多地利用纳米级缺陷的存在，这与LC的典型应用- LC显示器不同。LC缺陷固有的纳米级特性为这类迷人的材料的应用提供了重要的机会和障碍。基于模拟的方法来研究限制和界面锚定条件对LC域的影响，在过去的十年中取得了重大进展，模拟现在能够访问实验相关的微米尺度，同时捕获纳米级缺陷结构。在这项工作中，连续模拟进行，以研究不同的球形几何形状的微米级的微乳液液晶液滴的动力学。向列型液滴是最简单的固有缺陷包含LC结构之一，并且也与基于聚合物分散LC的“智能”窗口技术相关。模拟结果包括微相的形成和外部场切换动力学的形状从扁长到扁长的液滴。结果包括定性和定量的洞察到纳米级缺陷动力学和结构转变的复杂耦合到微米级的重新取向。动态机制和相关的LC缺陷中存在的液滴中的结构转变。液滴尺度的度量，包括序参量和响应时间的范围内的实验可访问的电场强度确定。这些结果具有基础性和技术相关性，因为在存在缺陷的情况下对LC动力学的理解增加是该领域继续发展的关键障碍。
2017-02-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
