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
Hybrid plasmonic-photonic crystal formed on gel-immobilized colloidal crystal via solvent substitutio
制备凝胶固定的胶体晶体以获得混合等离子体-光子晶体，由于局部表面等离子体（LSP）与光子带之间的耦合，预计其中的电场增强程度比单独的局部表面等离子体（LSP）更大。将N-（羟甲基）丙烯酰胺凝胶固定的聚苯乙烯胶体晶体浸入金纳米粒子（AuNPs）的水性分散液中。然后，将凝胶固定的胶体晶体挑出来并浸入离子液体混合物中。通过扫描电子显微镜观察浸在AuNP分散体中的凝胶固定化胶体晶体的表面，在该溶剂取代后。胶体晶体的晶格间距随着离子液体混合物的组成而变化。确定组成，使得光子带隙波长与LSP波长一致。此外，测量了反射光谱。因此，我们成功地制备了一种等离子体-光子晶体的混合晶体。
2016-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of slip between a probe particle and a gel in microrheology
在微观流变学技术中，宏观流变学参数以及关于局部结构的信息是从微观探针颗粒在热或活动强迫下的行为推导出来的。微观流变学需要了解宏观参数与颗粒对位移的反应力之间的关系。我们调查这个响应函数的球形粒子使用的双流体模型，其中的凝胶是由一个聚合物网络耦合到周围的溶剂通过一个阻力。在忽略惯性效应的情况下，得到了网络体积分数小的极限响应函数的解析解。我们使用无滑移边界条件的溶剂在球的表面。在球体表面处的网络的边界条件是动摩擦定律，其中网络的切向应力与网络和球体的相对速度成比例。该边界条件包括无滑移和无摩擦边界条件作为限制。在远离球的地方，由于溶剂和网络之间的耦合，溶剂和网络之间没有相对运动。然而，不同的溶剂和网络的边界条件往往会产生不同的远场运动。我们发现，远场运动和球上的力控制的溶剂边界条件在高频和网络边界条件在低频。在低频下，网络的压缩也会影响球体上的力。我们发现的交叉频率的影响，滑动的球体过去的聚合物网络和压缩的凝胶变得重要。
2008-11-12 cond-mat.soft
Microscopic interactions and emerging elasticity in model soft particulate gels
我们讨论了一类模型的颗粒凝胶中的颗粒接触所描述的一个有效的相互作用相结合的两体吸引力和三体角排斥。使用分子动力学，我们展示了如何改变模型参数，使我们能够采样，对于一个给定的凝胶化协议，各种凝胶形态。对于一组特定的模型参数，我们确定了在凝胶网络中联锁的局部弹性结构。利用微观相互作用的弹性能的解析表达式，我们可以估计它们对凝胶的涌现弹性的贡献，并对其起源有新的认识。
2021-07-10 cond-mat.soft
A model for the contraction kinetics of cytoskeletal gel slabs
本文建立细胞骨架凝胶薄板单轴收缩的瞬态模型，区分慢速马达激活（SM）与快速马达激活（FM）两种极限状态，推导出不同标度律并给出由特征功率密度定义的转变条件。
2023-05-31 cond-mat.soft
Surface Folding Induced Attraction and Motion of Particles in a Soft Elastic Gel: Cooperative Effects of Surface Tension, Elasticity and Gravity
我们报告，第一次，一些实验观察到的一种新的类型的刚性粒子之间的长程相互作用，普遍存在时，他们被悬浮在一个软弹性凝胶。密度更大的颗粒会在凝胶内部浸入相当深的深度，并通过平衡其重量与周围介质施加的弹力而变得有浮力。由于大的弹性毛细管长度，凝胶的表面包裹颗粒并闭合以产生将颗粒连接到凝胶的自由表面的线奇点。因此，在平行于自由表面的凝胶网络中产生大量的拉伸应变，其渗透到凝胶内部的显著深度。这种拉伸应变的场是相当长的范围，由于一个大的相关长度和强大到足以拉动两个淹没的粒子接触。粒子以有效力朝向彼此移动，遵循线性距离反比定律。当更多的单体或二聚体的颗粒被释放到凝胶内部时，它们在胶囊内部自由取向，并相互吸引形成紧密堆积的簇。最终，这些星系团相互作用并合并。这是一种突现现象，其中重力、毛细作用和弹性协同工作以产生长距离相互作用。我们还提出了一个相关的实验结果，其中一个颗粒悬浮在一个厚度梯度凝胶移动伴随着连续折叠和松弛的凝胶表面。
2014-01-28 cond-mat.soft
Prescribed pattern transformation in swelling gel tubes by elastic instability
本文研究了管状凝胶的溶胀诱导环向屈曲。当凝胶在机械约束下膨胀时，会产生不均匀的应力，这会在没有外力的情况下引起自发的屈曲失稳。完全控制后屈曲模式的实验证明。一个简单的分析模型，开发使用弹性能预测稳定性和后屈曲模式后膨胀。分析表明，高径比是决定屈曲形态的最关键的设计参数，与实验和数值计算结果吻合较好。
2012-04-12 cond-mat.soft
Energetics of Cytoskeletal Gel Contraction
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
研究细胞骨架凝胶收缩的机械能需求，通过热力学分析确定聚合物链密度和分子马达密度对收缩能量的影响，区分快速和慢速马达激活两种极限情况。
2023-06-23 cond-mat.soft
Low-Reynolds number swimming in gels
许多微生物游动通过凝胶，具有非零零频率弹性剪切模量的材料，如粘液。生物凝胶通常是异质的，包含结构支架（网络）和流体溶剂。我们分析了在凝胶的“双流体”模型中经历横向行波变形的无限大薄片的游动，该模型将网络和溶剂作为两个耦合的弹性和粘性连续相。我们表明，几何非线性必须纳入物理上有意义的结果。我们确定了一个过渡制度的网络变形，以遵循溶剂流动和网络是固定的。当网络静止时，相对于牛顿流体，游泳速度可以提高。压缩效应也可以提高游泳速度。最后，微观细节的片材网络相互作用的影响之间的边界条件的片材和网络。这些边界条件的性质显著影响游泳速度。
2010-04-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Decoupling Structure and Elasticity in Colloidal Gels Under Isotropic Compression
PMMH ESPCI, Paris, France（PMMH 巴黎高等物理化工学院）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université Montpellier, CNRS, Montpellier, France（蒙彼利埃大学）；Institut Universitaire de France, Paris, France（法国高等研究院）
研究发现胶体分形凝胶在等向压缩下，其机械响应仅取决于瞬时体积分数，而微观结构保留初始状态的记忆，挑战了传统的一对一关系。
2026-01-08 cond-mat.soft
Unconstrained dynamic gel swelling generates transient surface deformations
本研究探究聚乙二醇凝胶无约束三维溶胀的非稳态阶段，揭示交联剂分子量、溶剂类型对溶胀动力学与表面变形的调控机制及不同作用路径，为软材料动态变形研究建立框架，助力智能防污、传感器等技术发展。
2024-06-21 cond-mat.soft
Diffusio-phoretic fast swelling of chemically responsive hydrogels
针对酸触发水凝胶快速暂时溶胀现象，本文提出连续介质多孔弹性理论，以凝胶扩散泳动机制定量解释实验，并指出其可用于提升响应性水凝胶的应变速率与功率输出。
2024-01-23 cond-mat.soft
Effects of strongly selective additives on volume phase transition in gels
基于三组分Flory-Reynner理论，研究了凝胶在混合溶剂中的体积相变。当少数溶剂组分对聚合物网络的选择性强时，凝胶倾向于随着添加剂浓度的增加而收缩，无论其是好的还是差的。这一现象的产生是由于凝胶内外添加剂浓度的差异造成的。我们还发现，通过加入强选择性溶质，可以控制转变点处的凝胶体积间隙。例如，通过溶解强不良添加剂，可以消除不连续的体积相变。此外，我们观察到另一个体积相变发生远离原来的转变点。这些行为可以很好地解释了一个简化的理论忽略了非线性的添加剂浓度。
2012-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
C60: the first one-component gel?
到目前为止，凝胶已经由多组分软物质体系形成，该体系由溶剂和一种或多种大分子或胶体物质组成。在这里，我们表明，足够的淬火速率，C60的Girifalco模型可以形成凝胶，我们确定其缓慢的动力学和长寿命的网络结构。这些凝胶在室温下是稳定的，至少在高达100 ns的模拟时间尺度上。在1000 K左右的中等温度下，低于本体玻璃化转变温度，C60表现出结晶和相分离的进行，而没有与凝胶化相关的动力学逮捕，在许多胶体系统相反。
2011-02-15 cond-mat.soft
Swelling Dynamics of a Disk-Shaped Gel
当凝胶从周围环境中吸收溶剂时，在凝胶中产生应力场，这导致溶胀行为的复杂动力学。在这里，我们研究这种效果的圆盘形凝胶严格求解扩散-力学耦合方程。结果表明：（a）当凝胶的宏观厚度和半径随时间单调增加时，凝胶在中平面附近被压缩;（b）当凝胶的溶胀时间依赖于凝胶的剪切模量$G$时，其依赖性很弱，溶胀时间主要由凝胶网络的摩擦常数和凝胶的渗透体积模量决定。我们还表明，这些特征的准确再现通过一个简单的变分计算的凝胶变形。给出了溶胀时间的解析表达式。
2021-05-14 cond-mat.soft
Squeeze flow of potato starch gel: effect of loading history on visco-elastic properties
在这项工作中，糊化马铃薯淀粉保留过去的加载历史的记忆。它表现出粘弹性的响应，这并不完全取决于瞬时条件。进行简单的挤压流实验，其中加载分两步完成，两步之间有时间滞后$τ\sim$秒。通过三元件粘弹性固体模型再现了不同$τ$对应变的影响。通过将非整数阶时间导数的粘度方程中的广义微积分方法引入非线性。应变硬化成正比的两个加载步骤之间的时间滞后也被纳入。该模型再现了实验中观察到的三个显著特征，即记忆效应、应变的轻微初始振荡以及长时间的类固体响应。还报道了样品的动态粘弹性。
2015-03-25 cond-mat.soft
How to reduce the crack density in drying colloidal material?
胶态分散体的干燥可导致定义为在溶剂中饱和的多孔基质的凝胶相。在干燥过程中，会产生很高的机械应力。当这些应力超过材料的强度时，它们可以在形成裂纹时释放。这一过程在很大程度上取决于材料的机械性能和凝胶的固结方式。在本文中，我们给出了实验证据，在固化膜中形成的裂纹的数量取决于干燥速率，溶剂的性质和胶体颗粒的机械性能。
2013-02-14 cond-mat.soft
Solvent-Induced Negative Energetic Elasticity in a Lattice Polymer Chain
本研究通过立方晶格上的自避行走模型，从理论上证明了聚合物-溶剂吸引相互作用会导致单链出现负能量弹性，并定性再现了凝胶实验中的温度依赖性，揭示了其微观起源。
2023-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Coarse-Grain Model for Lipid Bilayer Self-Assembly and Dynamics: Multiparticle Collision Description of the Solvent
提出了一种计算效率高的生物膜介观粗粒模型。它结合了分子动力学模拟的脂质，建模为弹性链的珠，与多粒子碰撞动力学的溶剂。观察到由脂质的均匀混合物形成的膜的自组装。在不同温度下的模拟表明，它再现了凝胶和液体相的脂质双层。在不同阶段的脂质扩散的调查显示，在很长一段时间内从亚扩散到正常扩散的交叉。宏观膜性能，如拉伸和弯曲弹性模量，直接从介观模拟确定。测定并分析了膜流的速度关联函数。
2012-04-27 cond-mat.soft
Fluctuations and Elastic Properties of Lipid Membranes in the Tilted Gel State: A Coarse-Grained Monte Carlo Study
我们研究的应力分布的档案和高度和厚度波动的脂质膜在倾斜的凝胶状态下的蒙特卡罗模拟的一个通用的粗粒度模型的脂质膜，再现了许多已知的性能DPPC双层。这些结果与流体膜的相应性质有关，并与结晶膜和六角膜的理论预测有关。一个引人注目的观察是，单分子层的自发曲率从流体到凝胶相改变了符号。在凝胶相中，长波长的高度波动被抑制，并且波动光谱是高度各向异性的。在倾斜的方向上，它携带与波纹相的波长兼容的软模式的签名，其出现在流体和凝胶状态之间的过渡区域中。在垂直于倾斜的方向上，厚度波动几乎完全被抑制，并且高度波动似乎由界面能支配，即，通过层外波动，达到几十纳米的长度尺度。
2010-02-23 cond-mat.soft
Direct Measurement of the Surface Tension of a Soft Elastic Hydrogel: Exploration of Elasto-Capillary Instability in Adhesion
限制在两个刚性平坦基底之间的软水凝胶的受应力的薄膜自动粗糙化，其主波长表现出对膜厚度（H）的显著依赖性。线性稳定性分析证实，这种长波长的不稳定性（~ 7 H）是由于弹性毛细管效应，其实施需要直接测量凝胶的表面张力和弹性。凝胶的表面张力由外部噪声激发的凝胶半球帽的基本球谐函数估计。凝胶的剪切模量由其在受限几何形状中的共振剪切模式确定。在该研究过程中，发现高密度钢球通过平衡其多余重量与累积的应变诱导的弹性力而将其自身浸没在凝胶内，所述累积的应变诱导的弹性力允许对其弹性模量的另一估计。表面张力与其弹性的大比率（1.8 mm）证实了弹性毛细作用在用这种凝胶形成粘附诱导的斑图形成中的作用。实验结果符合线性稳定性分析，预测重新缩放的波长与H是线性的，这修改了传统的应力，以通过乘法因子从非常软的膜中拉出刚性平坦物体。该分析还提出了一些新的结果有关的作用的有限膨胀的材料在界面斑图形成，可能有非平凡的后果，在粘合剂分层的非常薄的和/或软的弹性膜通过自生裂纹。
2014-01-28 cond-mat.soft
Deformation and chaining of flexible shells in a nematic solvent
如果变形的成本与液晶的弹性形变的成本相当，则浸没在液晶中的微米级弹性壳体可以被主机变形。此外，这种夹杂物相互作用，并形成链，由于四极畸变诱导的主机。一个连续的理论模型，使用有限元开发了这个系统，使用网格正则化和动态细化，以确保质量的数值表示，即使是大变形。从这个模型中，我们确定的影响，壳的弹性，弹性和锚固条件的形状的壳，从而提取参数值从实验实现。将该模型扩展到多体相互作用，我们预测了链相对于主机的取向角作为纵横比的函数，这被发现与实验非常吻合，大大提高了以前的理论预测。
2017-06-28 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
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
Instabilities and Oscillations in Isotropic Active Gels
我们提出了一个通用配方的连续弹性的各向同性交联活性凝胶。凝胶由一个两组分模型组成的弹性网络耦合到渗透流体。活性由活性交联剂诱导，所述活性交联剂经历ATP活化循环并将力传递到网络。的开/关动力学的活性交联剂通过速率方程描述为未绑定和绑定电机。对于大的活动电机产生收缩不稳定的网络。在较小的活动值下，开/关电机动力学在网络上提供有效的惯性阻力，其对抗弹性回复力，导致自发振荡。我们的工作提供了一个连续的配方，统一了早期的肌肉肌节中的振荡微观模型和一个通用的框架，用于描述各向同性活性固体的大尺度特性。
2010-10-04 cond-mat.soft
Shape anisotropy enhances the elasticity of colloidal gels through mechanisms that act multiplicatively
胶体的物理凝胶化产生弹性结构，其通常用于稳定多个行业中的复杂流体。然而，控制这些材料的弹性模量水平的能力受到控制其形成的被捕集的旋节线分解机制的普遍性的限制。我们表明，操纵颗粒形状可以产生非常大的变化，凝胶弹性相对于这种普遍的行为，这些变化是由一组独立的机制，作用倍增。建模表明，这种有效的产生的弹性是形状各向异性的凝胶网络的分层分形微观结构，有吸引力的粒子间对电位的各向异性，和体积的分形簇的紧凑性的综合影响的结果。研究结果表明，如何以及为什么可以利用颗粒各向异性产生弹性在超低胶体体积分数在这一类重要的软物质。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Simple Computer Model for Liquid Lipid Bilayers
我们提出了一个简单的粗粒度珠和弹簧模型的脂质双层。该系统已被开发，以再现的主要（凝胶-液体）过渡的生物膜上的中间长度尺度的几个纳米，是非常有效的从计算的角度来看。对于溶剂环境，提出了两种不同的模型。第一种模型通过将脂质的头部限制在两个平行的平面中来迫使脂质形成双层。在第二个模型中，双层是稳定的周围气体的“幻影”溶剂珠，不相互作用。这个模型只需要比第一个稍微多一点的计算时间，同时保留了完整的膜的灵活性。我们计算了两种模型的液-凝胶相边界，发现它们非常相似。
2005-05-31 cond-mat.soft
Interpenetration of fractal clusters drives elasticity in colloidal gels formed upon flow cessation
胶体凝胶是由具有吸引力的布朗粒子组成的非平衡软固体，这些粒子在低体积分数下形成跨越空间的网络。这些系统的弹性性质是由网络微观结构引起的，它对剪切历史非常敏感。在这里，我们利用这种敏感性来调整由炭黑纳米颗粒制成的胶体凝胶的粘弹性。从施加的剪切速率$\dot γ_0$下的流化状态开始，我们使用突然的流动停止来触发液体到固体的转变。我们观察到，当剪切速率$\dot γ_0$较低时，所得凝胶更有弹性，并且粘弹性谱可以绘制在主曲线上。此外，耦合流变小角X-射线散射，使我们能够表明，凝胶的微观结构是不同的凝胶仅通过热搅拌，其中只有两个长度尺度观察到：胶体的尺寸和分形聚集体的尺寸。剪切和热能之间的竞争导致具有三个特征长度尺度的凝胶。这样的凝胶结构在一个分形簇相互渗透的扩展网络中。用不同的剪切历史制备的凝胶实验表明，簇互穿增加与流动停止前施加的剪切速率$\dot γ_0$的值减小。这些观察结果强烈表明，簇互穿驱动的凝胶弹性，我们确认使用的结构模型。我们的研究结果，这是在与以前的文献中，凝胶弹性要么连接到集群连接或弯曲模式形成鲜明对比，突出了一个新的局部参数控制胶体凝胶的宏观粘弹性。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elastic Cheerios effect: self-assembly of cylinders on a soft solid
将刚性圆柱体置于软凝胶上，使其表面变形。当多个圆柱体被放置在表面上时，它们通过变形凝胶的地形相互作用，变形凝胶作为能量景观;当它们移动时，景观发生变化，从而改变它们的相互作用。我们使用的实验，简单的缩放估计和数值模拟相结合，研究自组装的圆柱体在这个弹性模拟的Cheerios效应的毛细管相互作用的流体界面。我们的研究结果表明，有效的两体相互作用可以很好地描述了一个指数的吸引力的潜力，作为一个结果，动力学也表现出指数的行为相对于分离距离。当许多圆柱体被放置在凝胶上时，如果圆柱体相距不太远，它们就会聚集在一起;否则它们的运动就会被弹性阻止。
2015-08-05 cond-mat.soft
Symmetries and Elasticity of Nematic Gels
液晶凝胶是一种宏观上均匀的弹性介质，具有液晶的旋转对称性。在本文中，我们开发了一个通用的方法来研究这些凝胶，将所有潜在的对称性。在回顾了传统的弹性和澄清的作用，打破了旋转对称性的参考空间中的点在未扭曲的介质和目标空间，这些点被映射到后，我们探讨了不寻常的性质的凝胶从一些角度。我们展示了如何对称性的凝胶形成通过自发对称性破缺从各向同性凝胶执行软弹性响应的剪切模量的消失和消失的应力沿某些方向的应变的临界值的特点。我们还研究了从各向同性到无规凝胶的相变。除了与基于橡胶弹性的弹性凝胶的方法完全一致之外，我们的描述还具有重要的优点，即独立于微观模型，强调和澄清在确定弹性响应中破坏对称性的作用，以及允许容易地并入空间变化、热波动和凝胶异质性，从而允许对这些新型材料进行完全的弹性力学处理。
2001-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Linear elasticity of polymer gels in terms of negative energy elasticity
我们最近发现，在制备状态下，聚合物凝胶的线性弹性的能量贡献可以是显著的负值;剪切模量与绝对温度不成比例[Y. Yoshikawa等人，X 11，011045（2021）（arXiv：1912.13191）]。我们的发现挑战了传统的概念，即聚合物凝胶弹性主要是由熵贡献。现有的经典橡胶弹性理论的分子模型，包括仿射，幻影，和连接仿射网络模型，不能用来估计聚合物凝胶的结构参数。在这篇重点综述中，我们总结了在制备状态下使用四臂聚乙二醇（PEG）水凝胶与均匀的聚合物网络的聚合物凝胶的线性弹性的实验研究。我们还提供了一个统一的公式为各种网络拓扑结构和密度的聚合物凝胶的线弹性。利用统一公式，我们调和了过去的实验结果似乎彼此不一致。最后，我们提到，仍然有基本的未解决的问题，涉及聚合物凝胶的线性弹性。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rheo-acoustic gels: Tuning mechanical and flow properties of colloidal gels with ultrasonic vibrations
胶体凝胶，其中纳米级颗粒聚集成弹性但脆弱的网络，是结合特定光学，电学和机械性能的材料的核心。由于外部刺激，实时定制胶体凝胶的粘弹性特征目前似乎是“智能”软材料设计中的一个主要挑战。在这里，我们介绍“流变声学”凝胶，一类材料，是敏感的超声波振动。通过使用流变学和结构表征的组合，我们的证据和量化的三个广泛不同的胶体凝胶提交超声波振动（亚微米振幅和频率20-500 kHz）的强烈软化。这种软化归因于凝胶网络内的微米级裂纹，一旦关闭振动，根据声强度，这些裂纹可能会或可能不会完全愈合。超声振动进一步显示出显着降低凝胶屈服应力和加速剪切诱导流化。超声波辅助流化动力学似乎是由一个有效的温度，取决于声强度。我们的工作开辟了一条道路，通过超声振动的弹性和流动性能的全面控制，以及未来的理论和数值模拟这样的流变声学凝胶。
2020-02-12 cond-mat.soft
In situ stimulation of self-assembly tunes the elastic properties of interpenetrated glycolipid-biopolymer biobased hydrogels
水凝胶是一种广泛应用的软质材料，具有广泛的应用前景。控制凝胶的粘弹性是至关重要的。持续的环境问题已经引起了消费者对使用更可持续的材料（包括水凝胶）的关注。然而，更环保的材料是否与高功能兼容？在一个安全的设计方法，这项工作表明，功能性水凝胶与其弹性性能的外部刺激的原位响应性，可以开发从完全“可持续”的组件，生物基两亲物和生物聚合物（明胶，壳聚糖和藻酸盐）。生物两亲物是通过微生物发酵获得的刺激响应性糖脂，其可以在高度稀释的水中和通过刺激的快速变化自组装成纤维，也可以自组装成胶束或囊泡。生物两亲物/生物聚合物互穿水凝胶的弹性性质可以通过借助于温度或pH选择性地触发凝胶内的糖脂和/或生物聚合物的相变来调节。
2022-12-22 cond-mat.soft
Investigating Lipid Bilayer Self-Assembly and Formation of Ripple Phase: Insights from a Coarse-Grained Implicit Solvent Model
本文采用三珠刚性棒状脂质的粗粒化隐式溶剂模型，复现双层自组装并揭示分子刚性对波纹相Pbeta形成的关键作用。
2023-12-12 cond-mat.soft
Gravity driven instability in elastic solids
我们证明了面向下的软弹性固体的自由表面的不稳定性。使用恒定密度$ρ$、剪切模量为$μ$的凝胶进行实验，将其置于深度为$h$的刚性圆柱形盘中。当上下颠倒时，凝胶的自由表面经历法向向外加速度$g$。对于具有$α^*\simeq 6$的$ρg h/μ<α^* $，它保持完全平坦，而在相反的情况下自发地出现稳定的模式。这种现象是由于引力能和弹性形变能的相互作用，使瑞利波迅速衰减，并在阈值处消失。
2014-09-10 cond-mat.soft
Linear poroelastic response of thin permeable gel films
Ecole des Ponts Paris Tech（巴黎路桥学校）；Université Gustave Eiffel（居斯塔夫埃菲尔大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；ESPCI Paris（巴黎物理化工国立高等学院）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；Institut Pierre-Gilles de Gennes（皮埃尔-吉勒·德热纳研究所）；Univ. Bordeaux（波尔多大学）；LOMA（光学与分子力学实验室）
研究薄渗透性凝胶膜在表面应力作用下的变形机制，推导其点力机械响应，并揭示其在微流体等应用中的重要性。
2026-04-29 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Flexible Lipid Bilayers in Implicit Solvent
提出了一个脂双层的最小模拟模型。每种脂质都由隐式溶剂中的柔性珠链表示。疏水效应通过位于“水”/烃尾部界面的分子间对势来模拟。这种潜力保证了双层几何结构中脂质的现实界面张力。脂质自组装成双层结构，显示与实验模型膜系统一致的流动性和弹性。不同的分子柔性允许在实验系统中看到的值的范围内调整弹性模量和面积/分子。
2005-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interplay between shear loading and structural aging in a physical gel
我们表明，明胶凝胶的机械松弛的老化表现出相同的缩放现象的聚合物和胶体玻璃。此外，已知明胶表现出对数结构老化（硬化）。我们发现压力加速了这一过程。然而，这种影响绝对不能简化为相对于自然老化的单纯年龄变化。我们认为，这是可解释的弹性辅助小学（线圈$\to$螺旋）的本地事件，其动态逐渐放缓，随着年龄的增长几何挫折。
2009-05-12 cond-mat.soft
Modeling the dynamics of a tracer particle in an elastic active gel
近年来，活性凝胶在人工（体外）模型系统和活细胞细胞骨架内的内部动力学已经通过实验进行了广泛的研究。这些动力学探测使用示踪粒子嵌入网络的生物聚合物连同分子马达，并观察到不同的非热行为。我们提出了一个理论模型的动态被困的活性粒子，这使我们能够量化的偏离平衡行为，使用分析和数值计算。我们映射在这个系统中的动力学的不同制度，并突出不同的表现形式的活动：维里定理和均分，不同的弹性依赖的“有效温度”和不同的非高斯分布的故障。我们的研究结果揭示了令人困惑的观察在活性凝胶实验，并提供现有的观察结果的物理解释，以及未来的研究预测。
2015-07-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Following the thread: surface and bulk solvent migration in silicone elastomers from local volumetric swelling
Institute of Mechanical Engineering, School of Engineering, EPFL（EPFL工程学院机械工程系）
研究硅氧弹性体中表面与本体溶剂迁移机制，通过实验揭示界面边界条件对扩散速率的影响，修正传统理论中的低估问题。
2026-05-12 cond-mat.soft
Liquid-Liquid Phase Separation in an Elastic Network
生命和工程系统依赖于两种散布的液相的稳定共存。然而，表面张力驱使它们完全分离。在这里，我们表明，稳定的液滴的均匀和可调的大小，可以通过逮捕相分离在弹性矩阵。从被溶剂混合物溶胀的弹性聚合物网络开始，我们改变温度或组成以驱动分层。液滴成核并生长至可通过网络交联密度、冷却速率和溶剂混合物的组成调节的稳定尺寸。我们讨论的过程中的热力学和机械约束。特别是，我们表明，宏观相分离的阈值被改变的弹性的聚合物网络，我们强调的作用，在确定液滴的大小和多分散性的核间相关性。这种现象具有潜在的应用范围，从胶体合成和结构颜色到生物细胞中的相分离。
2017-09-27 cond-mat.soft
Dispersion Polymerization in an Elastomeric Solvent
Cornell University（康奈尔大学）
研究建立弹性介导的PIPS机制（DiPolES），通过在弹性网络内可控聚合弥合液态PIPS限制。利用该方法制备含可调PMMA微粒的弹性体复合材料，可推广且高产率生产。揭示颗粒形成过程，发现应变可直接制椭圆形颗粒。
2026-07-13 cond-mat.soft
Thermal Fluctuations in a Lamellar Phase of a Binary Amphiphile-Solvent Mixture: A Molecular Dynamics Study
本文用分子动力学模拟研究了两亲物-溶剂混合物近晶A相中的热涨落。我们使用一个理想化的模型系统，其中溶剂粒子表示为简单的珠子，和两亲分子的珠和弹簧四聚体。在20%的溶剂珠分数和足够低的温度下，两亲物自组装成高度取向的层状相。我们的研究旨在将该相的结构与热波动流体膜堆的弹性理论的预测进行比较[Lei等人，II 5，1155（1995）]。我们提出了一种方法，允许计算的弯曲刚度和压缩模量的层状堆叠从模拟数据。仿真结果与理论计算结果吻合较好。
2004-01-16 cond-mat.soft
Universality and Scaling Behaviour of Injected Power in Elastic Turbulence in Worm-like Micellar Gel
研究了表面活性剂CTAT形成的蠕虫状胶束凝胶的Taylor-Couette流的空间平均全局注入功率涨落的统计特性。在足够高的魏森伯格数（Wi）下，剪切速率以及因此在恒定施加应力下的注入功率p（t）显示出随时间的大的不规则波动。p（t）的概率分布函数（pdf）的性质及其功率谱的幂律衰减与最近聚合物溶液弹性湍流研究中观察到的非常相似。值得注意的是，这些非高斯pdf可以很好地描述了一个普遍的大偏差函数形式所给出的广义Gumbel（GG）分布的背景下观察到的空间平均的全球措施在不同类别的高度相关的系统。我们表明，在现场流变学和偏振光散射实验，在弹性湍流制度的流动是空间平滑的，但随机的时间，与最近的假设弹性湍流。
2016-12-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Polymeric Assembly of Gluten Proteins in an Aqueous Ethanol Solvent
小麦面筋蛋白的超分子结构在很大程度上是未知的，由于这个家族的蛋白质的内在复杂性和它们在水中的不溶性。我们在水/乙醇（50/50 v/v）中破碎谷蛋白，并获得蛋白质提取物，其耗尽麦醇溶蛋白（小麦谷蛋白的单体部分），并富含谷蛋白（小麦谷蛋白的聚合部分）。我们调查的结构的蛋白质在溶剂中用于提取在很宽的浓度范围内，通过结合X射线散射和多角度静态和动态光散射。我们的数据表明，在乙醇/水混合物中，蛋白质显示出良好溶剂中柔性聚合物链的特征。在稀的制度，蛋白质形成非常松散的结构的特征尺寸为150 nm，与内部动力学，这是定量类似的分支聚合物线圈。在更集中的制度，数据突出了一个层次结构与一个特征的长度尺度的顺序为几纳米，这显示了缩放与浓度预期的半稀释聚合物在良好的溶剂，和分形排列在更大的长度尺度。这种结构与聚合物凝胶的结构惊人地相似，从而提供了一些事实知识来合理化小麦面筋蛋白及其组装体的粘弹性。
2014-09-02 cond-mat.soft
Formation and Rupture of Ca$^{2+}$ Induced Pectin Biopolymer Gels
当将钙盐添加到多糖果胶的水溶液中时，在果胶链之间形成离子交联，从而在稀溶液中产生凝胶网络。在这项工作中，动态光散射（DLS）的分形聚集体（絮体），构成凝胶的微观动力学研究，而流变学测量进行研究凝胶破裂的过程。随着钙盐浓度的增加，DLS实验表明，絮凝体的多分散性增加的同时，凝胶网络的特征弛豫时间。在临界盐浓度以上，絮体相互连接形成反应受限的分形凝胶网络。流变学研究表明，线性流变响应的极限和破裂这些网络所需的临界应力都随着盐浓度的增加而降低。这些功能表明，这里研究的离子介导的果胶凝胶位于一个“强链接”制度，其特征在于由絮凝物间的链接，比内絮凝物链接更强。实验数据的标度分析表明，单个分形絮体的弹性表现出幂律依赖于添加的盐浓度。我们的结论是，当果胶和盐的浓度都增加，果胶的分形絮凝体的数量增加的同时与交联的密度，引起非常大的值的体积弹性模量。
2014-06-27 cond-mat.soft
Cascade or not cascade? Energy transfer and elastic effects in active nematics
我们数值研究了二维活性凝胶的多尺度性质，以解决能量传递机制。我们发现，活动是能够激发远程扭曲的自发的层流和混沌政权引起的图案，通过进一步增加率的活性能量注入。通过一个规模到规模的频谱分析，我们发现，凝胶基本上是由主动注入和粘性耗散之间的局部平衡，没有任何信号的非线性流体动力学传输和湍流级联。此外，弹性可以定性地发挥重要作用，通过线虫流体动力学相互作用将能量从小尺度转移到更大尺度。
2021-01-12 cond-mat.soft
Negative energy elasticity in a rubberlike gel
橡胶弹性是热力学第二定律中熵力的原型;对天然橡胶和合成橡胶的大量实验和理论研究表明，弹性主要源于形变的熵变。类似地，在含有大量溶剂的聚合物凝胶中，也已经假定剪切模量（刚性模量）$G$（其为一种弹性模量）近似等于熵贡献$G_S$，但是这还有待于实验验证。在这项研究中，我们测量的剪切模量$G$在橡胶状（超弹性）聚合物凝胶的聚合物体积分数是最多0.1的温度依赖性。结果，我们发现能量贡献$G_E=G-G_S$可以是显著的负值，达到剪切模量$G$的两倍（即，$\left|G_E\right| \simeq 2G$），尽管稳定材料的剪切模量通常必然为正。我们进一步认为，能量的贡献$G_E$是由一个消失的温度，这是一个通用的功能的归一化聚合物浓度，和$G_E$消失时，溶剂被删除。我们的研究结果突出了橡胶弹性和凝胶弹性之间的本质区别（以前认为是相同的），并将凝胶弹性的既定领域推向一个新的方向。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electric-field-induced displacement of a charged spherical colloid embedded in an elastic Brinkman medium
当将电场施加到嵌入有带电胶体颗粒的电解质饱和的聚合物凝胶时，必须由水凝胶施加在每个颗粒上的力反映了电应力、流体动力学应力和弹性应力的微妙平衡。本文研究了嵌入不带电水凝胶中的单个带电球形包体的位移。我们提出了耦合电动运输和弹性变形方程的数值精确解，其中凝胶被视为不可压缩的，弹性Brinkman介质。这个模型问题演示了位移如何取决于颗粒大小和电荷，电解质离子强度和聚合物骨架的杨氏模量。当德拜长度比粒子半径小得多时，数值计算部分地用有效的分析（边界层）理论进行了验证。此外，我们确定了一个紧密的联系时，胶体固定在凝胶和它的速度时，分散在牛顿电解质的位移。最后，我们描述了一个实验，纳米级的位移可能会被准确地测量使用后焦平面干涉。这样的实验的目的是探测水凝胶复合材料的物理化学和流变学特性，可能在凝胶化过程中。
2007-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The roles of elasticity and dimension in liquid-gel phase separation
本文比较六种弹性模型，提出结合Arruda-Boyce与滑移管的新模型，揭示相分离中弹性与维度对临界温度和浓度的影响，区别于常规相分离。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Crystallization-Arrested Viscoelastic Phase Separation in Semiconducting Polymer Gels
通过流变学表征和温度可变成像方法的组合，在半导体聚合物的稀溶液中实现互连的，具有分级孔隙度的结晶网络的一种新的凝胶化途径被报道。在快速冷却时，区域规整的聚（3-己基噻吩）（RR-P3 HT）在邻二氯苯中的溶液形成热可逆凝胶。温度可变的共聚焦显微镜显示冷却诱导的结构重排进展，通过粘弹性相分离。由于链内结晶，在RR-P3 HT基质内形成微米级富溶剂“孔”期间，相分离过程过早停止。RR P3 HT凝胶的基于低温的扫描电子显微镜显示存在表现出纳米尺寸的孔的纤维间网络。值得注意的是，当将第三组分，小分子苯基C61丁酸甲酯（PCBM）或非结晶区域无规（Rra）-P3 HT加入到溶液中时，这些网络形成相等的凝胶强度。其中活性层从相分离的溶液沉积的有机太阳能电池显示出比参比电池高45%的效率。
2018-11-21 cond-mat.soft physics.app-ph
Non-equilibrium mechanics and dynamics of motor activated gels
细胞的力学受到在细胞骨架中产生力的分子马达的强烈影响。我们开发了一个模型，细胞骨架网络驱动的平衡分子马达施加短暂的收缩应力。使用这个模型，我们展示了运动活动如何显着增加网络的体积弹性模量。我们还展示了如何电机绑定动力学自然导致增强的低频应力波动，导致在非平衡扩散运动的弹性网络内，在最近的\emph{in vitro}和\emph{in vivo}实验。
2007-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Capillary fracture of soft gels
停留在软凝胶基底上的液滴可以使该基底变形至材料失效点，由此在凝胶表面上产生裂缝，该裂缝以星爆图案从接触线向外传播。在本文中，我们表征i）的引发过程中，在星爆中的臂数是由表面张力的比例控制的凝胶的弹性模量和ii）的传播动力学表明，一旦骨折开始，他们传播的通用幂律$L\propto t^{3/4}$。我们开发了一个裂纹萌生的模型，通过处理凝胶作为一个线性弹性固体和计算从液体/固体润湿力的基板内的变形。弹性的解决方案表明，润湿力的位置和大小是至关重要的，在提供一个定量预测的裂缝的数量，因此，解释毛细裂缝的开始。该解决方案还表明，凝胶的深度是断裂过程中的一个重要因素，因为它可以帮助减轻大的表面牵引力;实验证实了这一发现。然后，我们开发了一个模型，考虑到运输的无粘流体到一个不可压缩材料的断裂尖端裂纹扩展，并发现一个简单的能量守恒的论点可以解释所观察到的材料无关的幂律。我们比较预测线弹性和新胡克固体发现，后者更好地解释了所观察到的指数。
2013-10-16 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
