Persistent Homology Reveals the Role of Stiffness in Forming Topological Glasses in Dense Solutions of Ring Polymers
本研究利用持久同调量化不同链刚性环聚合物的穿线结构，发现刚性链能产生更大的环以建立穿线结构，从而在拓扑玻璃形成中起关键作用。
2024-11-17 cond-mat.soft
Polymer threadings and rigidity dictate the viscoelasticity and nonlinear relaxation dynamics of entangled ring-linear blends and their composites with rigid rod microtubules
不同拓扑结构和刚度的聚合物混合物显示出复杂的新兴流变特性，这些特性通常无法从其单组分对应物中预测。例如，与环或线性链的纯溶液相比，环和线性聚合物的缠结共混物已显示出增强的剪切稀化和粘度，以及延长的松弛时间尺度。这些新出现的特性部分来自线性聚合物对环的协同穿线。拓扑结构也被证明在柔性（例如，DNA）和刚性（例如，微管）聚合物，由此环促进混合，而线性聚合物诱导刚性聚合物的解混和絮凝，这些拓扑依赖性相互作用产生高度不同的流变特征。为了揭示这些有趣的现象，我们使用光镊微观流变学测量的线性和非线性的纠缠环线性DNA的混合物和它们的复合材料与刚性微管的流变特性。我们表明，线性粘弹性主要是由微管在较低的频率，但他们的贡献成为冻结在频率以上的DNA缠结率。在非线性制度中，我们揭示了机械响应功能，如剪切稀化，应力软化和多模态松弛动力学介导的熵拉伸，线程，和流动排列的纠缠DNA，以及强制de-threading，解纠缠，和集群。这些机制中的每一个的贡献取决于应变速率以及聚合物的缠结密度和刚度，导致机械性能的非单调速率依赖性，这对于高度浓缩的环线性共混物而不是DNA-MT复合物是最明显的。
2022-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Contraction of polymer gels created by the activity of molecular motors
我们提出了一个基于非平衡态热力学的理论来描述一种活性聚合物凝胶的力学行为，该凝胶是由分子马达在其溶剂中的加入而形成的。当被激活时，这些马达附着在聚合物网络的链上并缩短它们，从而产生凝胶的全局收缩，这模仿了细胞骨架的主动行为。这些发动机产生的动力是通过ATP水解反应获得的，ATP水解反应将化学能转化为机械功。后者是由在凝胶中的应变能的增量，由于刚度增加。这种效应是用聚合物网络中交联密度的增加来描述的，这降低了它的熵。然后，该理论考虑聚合物网络溶胀和物种扩散来描述凝胶的瞬态被动行为。最后，我们制定了单轴收缩的凝胶板的问题，并与实验结果进行比较，显示出良好的一致性。
2019-05-30 cond-mat.soft
Identifying the Threshold Chain Length for Stress Overshoot in Ring-Linear Polymer Blends under Uniaxial Elongation: The Role of Multiple Threading
Tohoku University（东北大学）；National Defense Academy（防卫大学）
通过粗粒化分子动力学模拟，发现环-线共混物在单轴拉伸中应力过冲出现的临界链长为Z≈4，源于多线穿单环导致的拓扑约束。
2026-07-14 cond-mat.soft
Dilute gel networks vs. clumpy gels in colloid-polymer mixtures
通过布朗动力学模拟和约简算法，本文对比胶体-聚合物混合物中稀疏与稠密凝胶的局部及全局结构，揭示二者在链束形成、渗流机制和坚固性来源上的差异。
2023-12-18 cond-mat.soft
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
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
Rheology, Structure and Dynamics of Colloid-Polymer Mixtures: from Liquids to Gels
我们研究了在中间胶体体积分数和不同的聚合物浓度的胶体-聚合物混合物的粘弹性能，从而调整吸引力的相互作用。在聚合物浓度的检查范围内，样品范围从流体到凝胶。已经在液相中的粘弹性质显着改变时，接近凝胶化边界，表明簇和瞬态网络的形成。这是支持的密度波动，通过静态光散射和显微镜观察到的相关长度增加。同时，由动态光散射确定的关联函数完全衰减，表明没有动力学停滞。当聚合物浓度超过凝胶化边界时，流变性质再次发生定性变化，现在它们与胶体凝胶的形成一致。我们的实验结果，即凝胶化边界的位置以及弹性（存储）和粘性（损耗）模量，比较不同的理论模型。这些措施包括考虑逃逸时间以及预测的粘弹性模量的基础上的标度关系和模式耦合理论（MCT）。
2008-12-04 cond-mat.soft
Aging of ring polymeric topological glass formers via thermal quench
本文利用大规模分子动力学模拟，研究了拓扑约束环形聚合物在热淬火下的玻璃态动力学响应，发现聚合物刚度与拓扑穿环约束共同决定了系统的结构弛豫与老化行为。
2025-04-03 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
Diffusion, phase behavior and gelation in a two-dimensional layer of colloids in osmotic equilibrium with a polymer reservoir
本文研究与聚合物储库渗透平衡的二维胶体层，考察非吸附性聚合物诱导耗竭吸引所导致的相行为与凝胶化，复现晶体—流体共存并发现局部结晶的新型凝胶结构，且结果与既有模拟和理论高度吻合。
2021-06-03 cond-mat.soft
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
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
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
Phase separation dynamics in colloid-polymer mixtures: the effect of interaction range
胶体-聚合物混合物可以经历流体-流体相分离或凝胶化。这取决于骤冷的深度（聚合物浓度）和聚合物-胶体尺寸比。本文对具有中长程吸引力（聚合物-胶体粒径比qR =0.45-0.89）的胶体-聚合物混合物的相分离动力学进行了实空间研究，目的是了解随着吸引力范围的变化，凝胶化的机理。与以前的研究相比，短程吸引力的系统，凝胶化发生后不久，跨越平衡相边界，我们发现了大量的区域的流体-流体相分离。在更深的淬灭时，系统经历连续的交叉以形成凝胶。我们确定了两个制度，“经典”相分离，其中单颗粒弛豫速度比相分离的动态，和“粘弹性”相分离，其中分层明显减慢，由于在富含胶体的相缓慢的动态。在网络链表面的颗粒比埋在凝胶链内部的颗粒表现出更大的流动性，这是一种粗化方法。
2012-09-18 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
Direct measurements reveal non-Markovian fluctuations of DNA threading through a solid-state nanopore
聚合物链穿过小孔是聚合物动力学中的经典问题，并且是纳米孔传感技术的基础。然而，在固态纳米孔中的聚合物运动的重要实验方面，例如在移位期间的速度变化的准确测量，仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们分析了易位通过锥形石英纳米孔的7 kbp的DNA双链标记的六个标记物沿其轮廓等距。这些标记，构建从DNA发夹，提供直接的实验访问的易位动力学。平均而言，我们测量到在移位期间速度降低5%。我们还发现了一个惊人的相关性的衰减常数为100 μs的速度波动。这些结果揭示了迄今尚未解决的问题，在动力学的DNA易位，并提供指导实验，试图确定沿DNA链的位置信息。
2016-07-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Learning to Classify Threading in Melts of Rings
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Vienna（维也纳大学）
本文提出基于拧绕数的机器学习框架，用一维卷积神经网络分类环聚合物熔体中的穿线程化，准确率超98%，可推广至不同密度和链长，速度提升3倍。
2026-10-02 cond-mat.dis-nn 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
Photo-Switchable Cross-Linking in Polymer Gels: Effects on Surface Creasing and Network Relaxation during Swelling
本文针对香豆素交联凝胶网络级力学响应不明的问题，设计了含永久性共价和动态香豆素交联的PEG水凝胶，通过特定波长紫外光原位调节交联，揭示其对力学性能和表面起皱的影响，为自适应水凝胶提供设计原则。
2025-11-12 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
Two-step build-up of a thermoreversible polymer network: From early local to late collective dynamics
我们探测在热可逆凝胶网络的建立工作的机制，与混合明胶凝胶的帮助下，含有一个控制密度的不可逆的，共价交联（CL），我们淬火低于物理凝胶化温度。对剪切模量和光学活性随淬灭后时间的演变对共价交联密度的依赖性的详细分析使我们能够识别物理胶凝过程的两个阶段，其由温度依赖性交叉模量分开：（i）早期成核状态，在此期间三螺旋CL的重排起可忽略的作用，（ii）晚期对数老化状态，其被保留，尽管在不可逆CL的存在下减慢。我们发现，老化是完全控制的重排和讨论的影响，我们的研究结果的开关从早期的，本地的动态到后期，合作的远程。
2015-03-05 cond-mat.soft
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
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
Bidisperse ring polymers: topological glass to stacking
通过大规模分子动力学模拟发现，向刚性环形聚合物拓扑玻璃中引入柔性环形聚合物可促使其熔化，并在排阻相互作用驱动下由类团簇玻璃结构演变为堆叠柱状结构。
2023-05-18 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
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
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
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
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
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
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
Kinetics of water flow through polymer gel
用新设计的装置测量了在恒定水压下水通过聚丙烯酰胺凝胶的流量。基于聚合物网络的集体扩散模型，结合聚合物网络与水之间的摩擦力，计算了凝胶中水的流动随时间的演化。摩擦系数由水流的平衡速度确定。的杨氏模量和泊松比的棒状凝胶的单轴伸长实验，确定独立于水流实验的纵向模量测量。与由实验确定的纵向模量和摩擦的值，计算结果与流动实验的时间演变进行了比较。我们发现，水流的时间演化很好地描述了一个单一的特征弛豫时间预测的集体扩散模型与水摩擦耦合。
2008-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Persistence Homology Of Entangled Rings
聚合物之间的拓扑约束（TC）决定了复杂流体（如乳膏、油和塑料）的行为。日常生活中使用的大多数聚合物溶液都采用线性链;它们的行为被爬行和管理论准确地捕获，这些理论将微观TC与宏观粘弹性联系起来。另一方面，具有非平凡拓扑结构的聚合物，如环，为新技术带来了巨大的希望，但由于它们不遵守标准理论，因此提出了一个具有挑战性的问题;此外，拓扑不变性-即环必须保持不打结和不连接的事实-排除了任何严肃的分析处理。在这里，我们提出了一个明确的，无参数的算法，在聚合物溶液中的TCs，并显示其权力在表征TC的纠缠环。我们分析大规模的分子动力学（MD）模拟通过持久的同源性，一个关键的数学工具，从大型数据集提取强大的拓扑信息。这种方法使我们能够识别环特异性TC，我们称之为“同源螺纹”（H-螺纹），并将它们与聚合物的行为联系起来。它还使我们能够识别，在物理上有吸引力的和明确的方式，尺度依赖的循环，迄今为止，逃避精确的量化。我们发现，虽然线程的邻居慢慢增长的环的长度，随后的TC也广泛的渐近极限。我们提出的方法不限于环状聚合物，可以找到更广泛的应用，在一般的聚合物材料中的TC的研究。
2020-08-31 cond-mat.soft
Percolation induced gel-gel phase separation in a dilute polymer network
本研究发现稀聚合物体系的网络形成作为耗散过程，可在可混溶聚合物-水体系中引发渗流诱导的凝胶-凝胶相分离，该结构具介尺度双连续特征且能诱导皮下脂肪生长，其机制与宇宙大尺度结构形成类似，为耗散结构的功能应用提供新可能。
2022-02-20 cond-mat.mtrl-sci 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
Brownian motion of a rod threading through a ring with fixed ring-center
Zhejiang Key Laboratory of Soft Matter Biomedical Materials, Wenzhou Institute, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究院软物质生物医用材料浙江省重点实验室）；Oujiang Laboratory (Zhejiang Lab for Regenerative Medicine, Vision and Brain Health)（瓯江实验室（浙江省再生医学、视觉与脑健康实验室））
研究了刚性杆通过固定环的布朗运动，推导了滑动位移和杆方向单位向量的分布函数，揭示了滑动与旋转扩散的耦合关系及松弛时间特性。
2026-04-01 cond-mat.soft
Dynamic scaling in entangled mean-field gelation polymers
我们提出了一个简单的反应动力学模型来描述Lusignan等人（PRE，60，5657，1999）用于生产硫化类中的无规支化聚合物的聚合物合成。速率方程的数值解给出了最终产品中不同连接的概率，我们使用它来生成代表性分子的数值系综。Lusignan等人探测的所有结构量与我们考虑的整个分子量范围的结果定量一致。然而，在我们的计算中提供了详细的拓扑信息，我们对“流变学相关”线性段长度的估计小于他们估计的。本文采用基于熔体圆管模型的数值方法计算了这类分子的流变性质。结果与实验吻合良好，除了在最大分子量样品的情况下，我们的零剪切粘度的估计是显着低于实验结果。使用酸浓度作为接近凝胶化转变的指标，我们表明，所考虑的高分子量聚合物的平均场行为的极限-这可能是这种分歧的原因。对于一个真正的平均场凝胶化类模型聚合物，我们数值计算的流变性能的范围内的段长度。我们的计算表明，管理论与动态膨胀预测，非常接近凝胶化极限，这类聚合物的粘度的贡献是由约束释放劳斯运动的贡献和最终的粘度指数接近劳斯值为主。
2006-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Thermodynamics predicts a stable microdroplet phase in polymer-gel mixtures undergoing elastic phase separation
我们研究的热力学的二元混合物的少数组分的体积分数小于所需的量，以形成一个平坦的界面，并表明，占主导地位的平衡相的混合物的表面张力形成一个单一的宏观液滴。凝胶-聚合物混合物中的弹性相互作用使具有多个液滴的相稳定。使用平均场自由能，我们计算的液滴的大小作为一个函数的界面张力，弗洛里参数，和弹性模量的凝胶。我们的研究结果说明了弹性相互作用的作用，在支配的相行为的生物聚合物进行液-液相分离。
2023-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Is directed percolation in colloid-polymer mixtures linked to dynamic arrest?
利用计算机模拟，我们研究了动态逮捕的胶体聚合物混合物的示意性模型相结合的短程吸引力与长程排斥。被捕集凝胶是由于强吸引力而结合的胶体颗粒的稀刚性网络。在没有排斥的情况下，凝胶通过阻滞相分离在旋节线处形成。在足够高密度的各态历经悬浮液中，胶体团簇形成临时网络，渗透空间。最近，[国家通讯社。7，11817（2016）]，有人提出，这些网络向定向渗流的转变与动态停滞的开始相吻合，从而将结构与动态联系起来。在这里，我们评估各种屏蔽长度的基础气液双结点和渗滤过渡。我们发现，定向渗流移动的连续渗流线，以更大的密度，但即使超出这条线的悬浮液仍然遍历。只有当接近旋节时，才发生动力性停搏。因此，竞争排斥并不改变非平衡凝胶化的定性方案，尽管新兴的疏水网络的结构显示出一些差异。
2018-06-25 cond-mat.soft
Temperature Dependence of Polymer Network Diffusion
聚合物凝胶的溶胀动力学特征在于聚合物网络的（集体）扩散系数$D$。在这里，我们测量的温度依赖性的$D$的聚合物凝胶控制均匀的网络结构，使用动态光散射。在胶凝点$D_{\mathrm{gel}}$处的扩散系数和随着胶凝进行而增加的扩散系数$ΔD\equiv D-D_{\mathrm{gel}}$的评估表明，$ΔD$是具有显著大的负常数项的绝对温度的线性函数。这个特征在形式上与最近发现的“负能量弹性”相同[Y。Yoshikawa等人，X 11，011045（2021）（arXiv：1912.13191）]，证明了聚合物网络的静态和动态之间的非平凡相似性。
2021-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
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
