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
Computer simulations of colloidal gels: how hindered particle rotation affects structure and rheology
使用计算机模拟研究了颗粒粗糙度和短程非中心力对胶体凝胶的影响，其中颗粒在旋转时经历能量的正弦变化。最小值$n$的数目和能量尺度$K$是关键参数;对于大的$K$和$n$，粒子旋转受到强烈阻碍，但是对于小的$K$和$n$，粒子旋转几乎是自由的。利用分形维数、结构因子、配位数分布、键角分布和线性流变学对一系列体系进行了模拟和表征。当粒子容易旋转时，团簇会重组以利于密集堆积。这导致更长的凝胶化时间和具有股状形态的凝胶。这种凝胶的弹性模量在高剪切频率下按$G' \propto ω^{0.5}$的比例缩放为$ω$。相反，受阻粒子旋转抑制重组，并导致快速凝胶化和扩散形态。这样的凝胶更硬，具有$G'\proptoω^{0.35}$。在低势垒和高势垒状态下的粘性模量$G''$分别根据指数$0.53$和$0.5$缩放。弹性和粘性行为之间的交叉频率通常随着旋转障碍的增加而增加。这些发现同意定性与最近的一些实验上的异质表面颗粒和DLCA型凝胶和凝胶的光滑球体的研究。
2019-09-03 cond-mat.soft
Distinct elastic properties and their origins in glasses and gels
本文通过对比玻璃和凝胶在观测与老化过程中的剪切模量和体积模量变化，揭示二者弹性差异源于结构有序化和界面减少两种自由能最小化机制。
2023-08-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Mechanical response of active gels
我们研究了一个模型的活性凝胶的交联半柔性丝与其他活性接头，如肌球蛋白II簇。我们表明，耦合的半柔性长丝的机械性能的电机的弹性导致收缩行为的凝胶，定性与实验观察。然而，马达软化了凝胶的零频率弹性常数。当集体电动机动力学被纳入模型中时，获得了在高频率下的网络硬化。控制低频和高频网络弹性之间的交叉的频率根据马达和细丝的微观特性进行估计，并且可以低至10^（-3）Hz。
2008-07-18 cond-mat.soft
On the interplay between activity, elasticity and liquid transport in self-contractile biopolymer gels
本文通过耦合自收缩与液体流动的非线性力学模型，研究活性凝胶圆盘的收缩动力学，揭示除纵横比外液体流动长度尺度对收缩行为的关键影响，为软体机器人材料设计提供理论指导。
2023-09-21 cond-mat.soft
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
Elasticity of colloidal gels: structural heterogeneity, foppy modes, and rigidity
模型胶体凝胶的流变学测量结果表明，剪切模量的胶体体积分数的变化大的变化不反映简单的结构参数，如配位数，它几乎保持不变。我们解决了这个明显的矛盾进行正常模式分析实验测得的键网络的凝胶。我们发现，凝胶的结构异质性，这导致软盘模式和非仿射-仿射交叉频率的增加，演变为体积分数的函数，是关键的理解频率依赖性的弹性。在没有任何自由参数的情况下，我们实现了与测量的机械响应的良好的定性一致。此外，我们实现普遍崩溃的剪切模量通过现象学弹簧阻尼器模型，占流体粘度，颗粒耗散之间的相互作用，并从仿射和非仿射网络变形的贡献。
2018-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Time-resolved microstructural changes in large amplitude oscillatory shear of model single and double component soft gels
当施加足够的变形时，软颗粒凝胶可以可逆地屈服，并且这种转变的特征可以通过设计混合水凝胶复合材料来增强或限制。虽然这些系统的微观动力学和宏观流变学已经分别详细研究，但两者之间的直接联系的发展一直很困难，特别是关于非线性流变学。为了弥补这一差距，我们进行了一系列的大振幅振荡剪切（LAOS）的数值测量模型软颗粒凝胶在不同的体积分数，使用粗粒度的分子动力学模拟。我们首先研究具有局部弯曲刚度的颗粒网络，然后将其与可以提供额外交联的第二组分结合以获得双组分网络。通过物理过程序列（SPP）框架，我们定义了时间分辨的动态模量，并通过跟踪这些模量的变化，我们可以区分作为时间的函数的材料行为的转变。这种方法有助于我们建立微观起源的非线性流变学连接的动态模量的变化，相应的微观结构的变化，包括非仿射位移的颗粒，断裂，形成和定向的债券的变形。
2022-11-07 cond-mat.soft
Stiffening attractive suspensions with solid inclusions or granularity effect in loaded colloidal gels
软物质材料的弹性性质可以通过固体夹杂物的存在而大大改变，固体夹杂物的微观性质，例如它们的尺寸和相互作用，可以具有显著的影响。为了阐明这些影响，我们使用广泛的流变学计算机模拟研究不同尺寸的固体夹杂物的胶体凝胶。我们表明，弹性性能的变化在一个高度不平凡的方式作为凝胶骨架和夹杂物之间的相互作用的后果。特别是，我们表明，关键方面是存在的凝胶骨架和其机械改变起源于夹杂物。为了证实我们的观察结果及其普遍性，我们对与胶体凝胶具有强烈相似性的乳液进行了实验，并证实了模拟中观察到的趋势。
2021-10-30 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
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
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
Network physics of attractive colloidal gels: Resilience, Rigidity, and Phase Diagram
有吸引力的胶体凝胶在极小的固体分数下表现出类似固体的行为，这是由于粒子-粒子相互作用形成的分枝的空间跨越网络。这些网络赋予凝胶刚性，随着颗粒之间的吸引力增加，形成的胶体网络的弹性也增加。这种刚性的出现可以通过平均场的方法来描述;然而，缺乏对不同吸引力强度的凝胶中刚性如何变化的基本理解。此外，恢复一个准确的凝胶化相图的基础上系统的变量一直是一个极具挑战性的任务。了解这些分形簇的性质，以及它们的连接如何产生刚性，是控制和设计具有理想特性的凝胶的关键。在这里，我们采用网络科学的概念来询问和表征胶体凝胶网络。我们构建了一个粒子级网络，具有不同吸引力水平的胶体的所有空间坐标，并使用高斯混合模型识别多分散刚性分形簇，形成一个粗粒度的簇网络，清楚地显示了胶体凝胶的主要物理特征。一个简单的质量弹簧模型，然后被用来恢复定量的弹性胶体凝胶从这些集群网络。询问这些凝胶网络的弹性表明，凝胶的弹性（动态特性）与其簇网络的弹性（静态测量）直接相关。最后，我们使用的弹性调查设计[和实验验证]一个完全解决的胶体凝胶化的相图，一个明确的固-液相边界使用一个单一的体积分数的颗粒远远超出这个相边界。
2023-01-30 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
Irreversible hardening of a colloidal gel under shear: the smart response of natural rubber latex gels
天然橡胶是通过加工天然橡胶胶乳获得的，天然橡胶胶乳是一种液体胶体悬浮液，在从树中渗出后迅速凝胶化。我们制备这样的凝胶酸化，在很大范围内的颗粒体积分数，并研究其流变性能。我们发现，天然橡胶胶乳凝胶表现出独特的不可逆应变硬化行为：当受到足够大的应变，弹性模量增加不可逆。硬化在很大的变形范围内进行，使得材料保持接近或略高于所施加的剪切应力的弹性模量。凝胶内的局部位移进行了研究，通过超声成像耦合到振荡流变仪，连同在硬化过程中的材料的振荡响应的傅立叶分解。我们的观察表明，硬化与不可逆的局部重排的分形结构，均匀地发生在整个样品。
2019-01-10 cond-mat.soft
Rheology and Dynamic Arrest in Colloidal Depletion Gels Mediated by Surface Brush Density
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Northeastern University（东北大学）
本研究以表面刷密度为控制参数调控胶体耗竭凝胶流变学，发现低刷密度可加速凝胶化、提升力学性能并改变网络结构与动力学，为相关流变调控提供实验可行的参数。
2026-08-19 cond-mat.soft
Alignment and Nonlinear Elasticity in Biopolymer Gels
我们提出了一个Landau型理论的非线性弹性的生物聚合物凝胶与一部分的序参量描述诱导的纤维在凝胶中的有序性。我们将这些材料的非线性弹性行为归因于应变引起的纤维排列。我们建议在组织中的细胞运动的接触指导的应用。我们比较我们的理论模拟生物聚合物的无序晶格模型。我们对待均匀变形，如简单剪切，静水膨胀，简单的延伸，并获得良好的理论和模拟之间的协议。我们还考虑了一个本地化的扰动，这是一个简单的模型，在介质中的细胞收缩。
2014-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Nonlinear Elasticity in Biological Gels
与大多数合成材料不同，生物材料在变形时通常会变形。这种非线性弹性反应，对某些组织的生理功能至关重要，至少从19世纪开始就有文献记载，但其分子结构和设计原理尚不清楚。目前这种反应的模型需要每种材料特有的几何复杂的有序结构。在这篇文章中，我们表明，一个简单得多的分子理论占应变硬化在广泛的分子不同的生物聚合物凝胶从纯化的细胞骨架和细胞外蛋白质形成。这一理论表明，半柔性链系统，如丝状蛋白质排列在一个开放的交联网络总是在低应变，而不需要一个特定的架构或具有不同的内在刚度的多个元素。
2004-06-01 cond-mat.soft q-bio.SC
Adhesion Induced Instabilities and Pattern Formation in Thin Films of Elastomers and Gels
流体静力学应力的软弹性膜通过经历形态不稳定性来规避所施加的约束，形态不稳定性的波长由膜的表面和弹性应变能的最小化决定。虽然对于单个膜，波长完全取决于其厚度，但协同能量最小化指示波长取决于两个接触膜的弹性模量和厚度。如果膜的表面张力与其弹性相比具有显著的影响，则波长还可以取决于膜的材料性质。当这样的限制膜受到一个不断增加的正常位移，形态图案演变成裂纹，这反过来又决定了粘接断裂行为的界面。虽然，在一般情况下，厚度提供了相关的长度尺度的基础上的著名的格里菲斯-肯德尔标准的剥离的刚性盘从一个有限的膜，它是修改非平凡的弹性毛细管数的超软膜。取决于限制的程度和外部应力的空间分布，液体系统中的正则不稳定模式的各种类似物也可以用薄的限制弹性膜再现。
2015-08-05 cond-mat.soft
Molecular Dynamics Simulations of Microscopic Structural Transition and Macroscopic Mechanical Properties of Magnetic Gels
本研究利用粗粒化分子动力学模拟探讨了磁性凝胶在外部磁场下的微观结构转变与宏观力学增强机制，发现颗粒动力学受偶极相互作用、弹性与热涨落共同调控，且弹性模量随磁矩呈代数增长，为磁性复合材料的设计与控制提供了理论工具。
2024-03-20 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
Brush-mediated angular constraints reshape structure, rigidity, and percolation in colloidal depletion gels
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Northeastern University（东北大学）
研究通过降低表面接枝聚合物刷密度，引入非中心力，改变胶体凝胶的结构和机械特性，提升弹性模量。
2026-03-13 cond-mat.soft
Porosity governs normals stresses in polymer gels
当剪切时，大多数弹性固体如金属、橡胶和聚合物水凝胶在垂直于剪切平面的方向上膨胀。这种众所周知的行为被称为坡印廷效应，其特征在于正的法向应力。令人惊讶的是，由纤维蛋白和胶原蛋白等纤维蛋白制成的生物聚合物凝胶以及许多生物组织表现出相反的效果，在剪切下收缩并显示负的法向应力。在这里，我们表明，这种异常的行为起源于开放的网络结构的生物聚合物凝胶，这有利于在剪切过程中的间隙液流动。使用具有可控孔径的纤维蛋白网络作为模型系统，我们表明，所施加的剪切的正应力响应在短时间内是正的，但随着孔径设置的特征时间尺度减小到负值。使用双流体模型，我们开发了一种定量理论，统一了合成和生物聚合物凝胶中遇到的相反行为。合成聚合物凝胶对溶剂流是不可渗透的，因此在典型的实验时间尺度上是不可压缩的，而生物聚合物凝胶是可压缩的。我们的研究结果提出了一种新的途径来调整弹性不稳定性，如挤出胀大效应，这往往会阻碍聚合物材料的加工，并进一步表明，多孔弹性效应在细胞和组织的机械性能中发挥着比以前预期的更重要的作用。
2016-10-21 cond-mat.soft
The constitutive behaviour of strong cohesive particulate gels in compression
一个简单的和流行的本构模型用来描述固结强内聚颗粒凝胶的抗压强度进一步测试与新的实验数据。强内聚性颗粒凝胶一方面被描述为棘轮（poro）弹性，另一方面被描述为在压缩时具有屈服应力，以至于同一组工作人员在一个或另一个时间使用了这两种描述。这种二分法是真实的，尽管这种凝胶确实表现出迄今为止有点令人困惑的弹塑性二重性。这可以部分地由模量的强浓度依赖性来解释，因为这导致不可逆的体积应变硬化，实际上，棘轮;但仅在一小部分中。真正的问题似乎是，直到最近，大多数关于固结的工作都忽略了Michaels和Bolger在50多年前告诉我们要做的事情，即考虑壁粘附，大多数粘性颗粒凝胶也是粘性的。由于壁面粘结破坏是塑性的，最简单的非线性弹性抗压强度模型可以与最简单的壁面脱粘模型相结合，产生一个近似完整的本构描述。参考文献10-12给出了在固结平衡的详细模拟中使用这种描述的例子。固结动力学与壁粘附是一个重大的建模挑战仍然有待解决。
2015-06-08 cond-mat.soft
Magnetically induced elastic deformations of magnetic gels and elastomers containing particles of mixed size
本文模拟二元混合尺寸磁性颗粒在软聚合物基体中的磁致伸缩响应，发现颗粒比例、排列与基体可压缩性可使体积及伸缩行为发生定性反转。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Bridging from particle to macroscopic scales in uniaxial magnetic gels
对于软物质系统来说，连接表征的不同长度尺度是一项重要但通常非常繁琐的任务。在这里，我们进行这样的各向异性单轴磁性凝胶的理论描述程序。从一个简化的介观粒子分辨模型出发，确定了迄今为止未确定的材料参数，在一个基于量子力学的宏观流体力学描述。这种介观方法考虑嵌入在弹性矩阵中的磁性颗粒的链状聚集体。我们的程序提供了一个说明性的背景下，正式的基于宏观描述。目前有其他活动连接等介观模型，我们的微观聚合物解决的方法，连同这些活动，我们的研究补充了第一次尝试的规模桥接从微观到宏观水平的表征磁性凝胶。
2014-11-20 cond-mat.soft
Visualizing shear-induced structures in carbon black gels by tomo-rheoscopy
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（ENS-Lyon, 法国国家科学研究中心, 物理实验室）；Department of Materials, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系）；Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, UMR5306（里昂第一大学, 法国国家科学研究中心, 光物质研究所）；Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut（瑞士光源, 保罗谢尔研究所）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；International Research Laboratory, French American Center for Theoretical Science, CNRS, KITP, Santa Barbara（国际研究实验室, 法美理论科学中心, 法国国家科学研究中心, 加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）
研究通过tomo-rheoscopy揭示碳黑凝胶在剪切历史影响下的微观结构异质性，发现弹性质与剪切强度非单调相关，展示流变记忆不仅由局部粒子重排决定，还涉及宏观结构组织。
2026-03-17 cond-mat.soft
Unexpected decoupling of stretching and bending modes in protein gels
我们发现，通过逮捕的蛋白质溶液的旋节线分解形成的凝胶表现出在两个不同的频域中的弹性性质，弹性模量表现出非常强的依赖于体积分数。考虑到蛋白质的尺寸和网络的特征长度之间的巨大差异，我们将凝胶模型为多孔介质，并表明高和低频率弹性模量可以分别归因于拉伸和弯曲模式。两种模式在频域中的意外解耦归因于所涉及的长度尺度：而拉伸主要涉及两个粒子的相对位移，弯曲涉及具有一千个粒子直径的量级的厚度的股线的变形。
2013-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Probing the viscoelastic properties of polyacrylamide polymer gels in a wide frequency range
聚合物凝胶已被证明表现为粘弹性材料，但只有少量的数据通常是在玻璃化转变提供。本文采用AFM接触力调制模式和经典流变仪研究了聚丙烯酰胺水凝胶的动态模量G'和G”。两种技术的完美匹配表明了其有效性。在宽频率范围内对聚合物浓度增加的凝胶进行测量。提出了一种基于分数阶导数的模型，覆盖整个频率范围。在低频率下获得了平台模量G_0 ^N以及G”模量的斜率nf。该模型还预测了过渡区中两个模量的斜率a以及新的过渡时间T。整个频谱恢复，模型参数包含有趣的信息，这种凝胶的物理。
2014-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-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
Visualizing the strain field in semiflexible polymer networks: strain fluctuations and nonlinear rheology of F-actin gels
我们的图像半柔性聚合物网络剪切下在微米尺度。通过跟踪嵌入的探针颗粒，我们确定局部应变场，并直接测量其均匀性，或亲和度，在2-100微米的尺度。非仿射应变的程度取决于聚合物的长度和交联密度，与理论预测一致。我们还发现了微尺度应变的均匀性和网络的非线性弹性之间的直接对应关系。
2007-02-14 cond-mat.soft
Elasto-capillary interaction of particles on the surfaces of ultra-soft gels: a novel route to study self-assembly and soft lubrication
我们研究了超软弹性凝胶表面疏水小颗粒的相互作用，其中介质的少量弹性平衡颗粒的重量。变形凝胶表面的过量能量导致它们吸引，就像液体表面上颗粒的一般毛细管相互作用一样。由于粒子在凝胶中的下降而引起的粒子的引力势能的变化与Nicolson的叠加原理相结合，可以公平地估计粒子的距离依赖性吸引能。该能量遵循第二类的修改的贝塞尔函数，其具有随介质的弹性而减小的特征性弹性毛细衰减长度。这项研究的一个有趣的发现是，凝胶上的颗粒相互移动，好像系统具有与摩擦成反比的负扩散率。这项研究说明了如何修改的毛细相互作用的颗粒的介质的弹性，这是预计有重要的影响，在表面力驱动的自组装的颗粒。特别是，本研究指出，毛细管相互作用的范围和强度可以通过适当选择的弹性的支持和周围介质的界面张力进行调整。操纵的粒子相互作用的例子是在这样迷人的模仿的生物过程，如tuberase，吞噬细胞吞噬和组装的粒子，可用于研究成核和聚类现象在良好的控制设置。
2014-06-05 cond-mat.soft
Spontaneous gelation of wheat gluten proteins in a food grade solvent
将小麦面筋蛋白结构化为具有可调机械性质的凝胶将为生产富含植物蛋白的食品提供更多的通用性。面筋是一种不溶于水的强弹性蛋白质材料，很难加工。我们使用一种新的分馏程序，允许从面筋的水/乙醇可溶性蛋白质混合物，富含谷蛋白聚合物在前所未有的高比例（50%）的分离。我们在这里调查的蛋白质混合物在水/乙醇（50/50 v/v）溶剂中的悬浮液的粘弹性，并表明，在很宽的浓度范围内，它们经历了由氢键驱动的自发凝胶化。我们成功地合理化我们的数据，使用渗流模型和相关的凝胶的粘弹性，其分形维数测量散射技术。面筋凝胶显示出自愈合特性，并且其弹性平台覆盖几十年，从0.01到10000 Pa。特别地，可以生产与标准水合面筋相比非常软的凝胶。
2015-06-10 cond-mat.soft
Density functional approach to elastic properties of three-dimensional dipole-spring models for magnetic gels
本研究将密度泛函方法从二维拓展至三维磁性凝胶体系，建立介观颗粒结构与宏观连续介质参数的关联，纳入长程偶极作用等因素，揭示磁致伸缩及宏观弹性与介观性质的关系。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How rigidity percolation and bending stiffness shape colloidal gel elasticity
本文研究了胶体凝胶弹性的涌现机制，发现凝胶化由刚性渗流转变主导，并在统一框架下准确预测了不同条件下凝胶的弹性模量和振动性质。
2025-04-28 cond-mat.soft
Slow dynamics and time-composition superposition in gels of cellulose nanocrystals
本研究探讨了盐浓度对纤维素纳米晶体（CNC）凝胶慢老化动力学的影响，发现弹性模量遵循时间-组成叠加原理，可重新标度到一条跨越13个数量级时间的通用S型主曲线上，为CNC凝胶老化动力学的普适性提供了有力证据。
2022-01-19 cond-mat.soft
High-bandwidth viscoelastic properties of aging colloidal glasses and gels
我们报告测量的频率依赖性的剪切模量的老化胶体系统，从一个纯粹的低粘度液体，主要是弹性玻璃或凝胶。使用微观流变学，我们测量的局部复杂的剪切模量$G^{*}(ω)$在一个非常宽的频率范围内（1 Hz- 100 kHz）。单颗粒和双颗粒微观流变学的结合使用使我们能够区分胶体玻璃和凝胶-玻璃是均匀的，而胶体凝胶在大于0.5微米的长度尺度上显示出相当程度的不均匀性。尽管这种特性差异，这两个系统表现出类似的流变行为，随着老化的时间演变，表现出从一个单一的幂律频率依赖的粘弹性模量的两个幂律的总和的交叉。交叉发生在时间$t_{0}$，其定义机械转变点。我们发现，通过使用$t_{0}$缩放老化时间，可以将不同样本老化期间获得的数据折叠到单个主曲线上。这就提出了问题的两个幂律的叠加嵌入在粘弹性背景的弹性网络的先验解释。关键词：老化，胶体玻璃，被动微观流变学
2007-10-29 cond-mat.soft
Microscopic Viscoelasticity: Shear Moduli of Soft Materials Determined from Thermal Fluctuations
我们描述了一种高分辨率，高带宽的技术，用于确定软材料，如聚合物凝胶的局部粘弹性。损耗和存储剪切模量的嵌入式微米级的探针粒子，用干涉显微镜观察到的热波动的功率谱确定。这提供了一个被动的，小振幅的测量流变特性在一个更广泛的频率范围比以前访问的微观流变学。我们研究F-肌动蛋白生物聚合物溶液和聚丙烯酰胺（PAAm）凝胶，模型半柔性和灵活的系统，分别。我们观察到F-肌动蛋白溶液中剪切模量的高频ω ^（3/4）标度，与PAAm的ω ^（1/2）标度相反。
1997-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer Network Diffusion in Charged Gels
针对带电聚合物凝胶溶胀动力学的多因素竞争问题，采用动态光散射研究网络结构可控的模型凝胶，证实集体扩散系数为弹性、混合与离子贡献之和且无明显互相关，离子贡献符合可解释生物系统平衡电势梯度的Donnan平衡。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Network topology in soft gels: hardening and softening materials
软凝胶的结构复杂性是通用机械响应的起源，该响应允许在相同材料中的大变形、受控弹性恢复和韧性。利用这种材料的潜力的一个限制是对本体机械性能的微观结构起源的基本理解不足。在这里，我们调查的作用，网络拓扑结构在模型凝胶通过3D数值模拟。我们的研究将空间网络组织的拓扑结构与屈服和损伤前的非线性流变响应联系起来：我们的分析阐明了如何单独使用网络连接来修改大应变下的凝胶力学，从应变软化到硬化，甚至到脆性响应。这些发现为智能材料设计和理解潜在的广泛的技术相关材料的非平凡的机械响应提供了新的见解。
2017-10-05 cond-mat.soft
Smart viscoelastic and self-healing characteristics of graphene nano-gels
已经采用简单的聚合方法合成了容易合成的基于纳米石墨烯和聚乙二醇的稳定凝胶，并且已经进行了详尽的流变学和粘弹性表征以理解这种复杂凝胶系统的性质。凝胶表现出剪切稀化响应，具有显著的屈服应力值，这表明其中石墨烯纳米片与聚合物链插层并形成伪弹簧阻尼器网络的微结构。对凝胶的触变行为的实验表明，G纳米片的存在导致能够承受严重的冲击剪切的极大增强的结构稳定性。从线性和非线性粘弹性制度的振幅和频率扫描分析中揭示了关于G纳米片与聚合物链的局部相互作用的进一步信息。记录了大量增强的交叉振幅值，并记录了几种智能效应，例如在不断增加的强迫频率下增强的弹性行为。在给定的频率范围内，观察到凝胶的弹性行为的结构共振引起的破坏，并从数学上证明了共振的命题。据观察，在此共振带宽后，凝胶能够自我愈合并恢复其原始弹性行为，而无需任何外部干预。更详细的信息的粘弹性性质的凝胶已获得蠕变和恢复符合性测试和理由的弹簧阻尼器的微观结构已经获得。智能功能，如增强的应力松弛行为与应变增加已被观察到，同样的解释的基础上提出的微观结构。
2016-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Buckling of paramagnetic chains in soft gels
研究了软聚合物凝胶中顺磁性链在外加磁场作用下的磁弹耦合行为。为此，使用激光扫描共聚焦显微镜观察顺磁链的形态以及周围凝胶网络的变形场。软聚合物凝胶中的顺磁性链在斜向磁场作用下表现出丰富的形态学形状变化，特别是明显的屈曲变形。所得形态学形状的细节取决于链的长度、外部磁场的强度和凝胶的模量。基于磁性链与周围聚合物网络的强耦合，建立了一个简化的模型来描述它们的屈曲行为。一个粗粒度的分子动力学模拟模型具有增加的基体刚度的颗粒的表面导致的形态与实验观察到的屈曲效应。
2015-04-15 cond-mat.soft
On the origin of the negative energy-related contribution to the elastic modulus of rubber-like gels
本文用粗粒化聚合物模型推导自由能与应力-应变关系，解释类橡胶凝胶弹性模量中负的能量相关贡献，并提出温度修正因子 $w(T)$。
2023-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanics and force transmission in soft composites of rods in elastic gels
我们报告了详细的理论研究的微观力学和体弹性性能的复合材料组成的随机分布的刚性纤维嵌入在弹性矩阵中的二维和三维。最近发表在Physical Review Letters [102，188303（2009）]中的实验表明，在较软的、几乎不可压缩的生物聚合物基质中包含刚性微管可导致出现可压缩性。这可以理解为，由于添加了刚性杆状夹杂物，复合材料的压缩性相对于其剪切柔量的增强。我们表明，这样的复合材料的泊松比$ν$的发展与增加杆密度朝向一个特定的值，或{ \em不动点}，独立的矩阵的材料特性，只要它具有有限的初始压缩性。这个固定点在三维中是$ν=1/4$，在二维中是$ν=1/3$。我们的研究结果表明，在细胞力学中的刚性丝，如微管和应力纤维的重要作用。同时，我们的工作具有更广泛的弹性背景，具有潜在的应用于复合弹性介质，其组分的刚度具有广泛的尺度分离，例如碳纳米管-聚合物复合材料，其已被证明具有高度可调的力学。
2011-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Tri-branched gels: Rubbery materials with the lowest branching factor approach the ideal elastic limit
与诸如金属和陶瓷的硬质材料不同，橡胶材料由于交联的三维聚合物网络的大构象自由度而可以承受大的变形。然而，网络的支化因子对橡胶材料的最终机械性能的影响尚未得到澄清。这项研究表明，三分支，这需要最低的分支因子，导致在理论上限附近的大弹性形变。这种理想的弹性限度是通过可逆的应变诱导结晶来实现的，从而提供按需增强。研究结果表明，聚合物链是高度取向沿拉伸轴，其中增强的可逆应变诱导结晶是观察到在三支化，而不是在四支化网络。结构刚性的数学理论被用来解释链取向的差异。虽然四支化聚合物自硫化发展以来一直是优选的，但这些突出三支化优点的发现将促使橡胶材料开发的范式转变。
2022-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Cell Model Approaches for Predicting the Swelling and Mechanical Properties of Polyelectrolyte Gels
我们提出了两个连续的平均场近似描述的机械性能和溶胀平衡的盐溶液接触的凝胶。第一平均场近似减少了多链问题的凝胶相应的单链问题。第二平均场步骤整合出柔性链和离子的自由度。它取代了粒子为基础的描述与适当的电荷分布和一个有效的弹性项的电荷。这些简化导致在计算上非常有效的泊松-玻尔兹曼细胞凝胶描述。尽管它们的简单性，单链细胞凝胶模型表现出良好的和PB模型非常好的协议与明确的分子动力学模拟的参考周期性单分散网络模型的不同链长，聚合物电荷分数，和外部水库盐浓度。我们的模型的Katchalsky模型的比较表明，我们的方法是优越的强电荷链，也可以更准确地预测体积模量。我们进一步讨论了链长多分散性的影响，调查溶剂介电常数的变化，并证明了我们的方法的鲁棒性参数变化来自几个建模假设。
2019-11-06 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
Gels under stress: the origins of delayed collapse
如果体积分数足够大，则吸引性胶体颗粒在淬火成两相区域时可以形成无序的弹性固体或凝胶。当相互作用与热能相当时，凝胶内的应力承载网络随着时间的推移而重构，因为单个颗粒键断裂并重新形成。通常，在重力作用下，这种弱凝胶显示出长时间的无沉降或非常缓慢的沉降，随后是突然和快速的塌陷-一种称为延迟塌陷的现象。局部键断裂事件和延迟崩溃的宏观过程之间的联系还没有得到很好的理解。在这里，我们总结了延迟崩溃的主要特点，并讨论了微观过程，导致它。我们提出了一个合理的模型，连接键断裂的动力学凝胶崩溃和测试模型，通过探索施加的外力对凝胶的稳定性的影响。
2014-03-12 cond-mat.soft
Two Modes of Cluster Dynamics Govern the Viscoelasticity of Colloidal Gels
在低颗粒体积分数下，由强吸引颗粒形成的胶体凝胶由均匀尺寸的团簇的空间跨越网络组成。我们研究的热波动的集群使用微分动力学显微镜分解成两种模式的动力学，并通过流变学将它们与宏观粘弹性。第一种模式，在早期占主导地位，代表了局部的，个别集群的弹性波动。第二种模式，在晚些时候宣布，反映了集体，粘弹性动力学促进集群的连接。通过以不同比例混合两种不同吸引力强度的颗粒，我们控制集体模式开始占主导地位的过渡时间，从而调整二元凝胶的线性粘弹性模量的频率依赖性。
2021-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two-step aging dynamics in enzymatic milk gels
本研究通过时间分辨力学光谱揭示酶诱导牛奶凝胶老化分两步：先快速粗化后停滞，再经接触驱动机制老化，对乳制品及软胶体研究有重要意义。
2024-03-15 cond-mat.soft
Effective Attractive Range and Viscoelasticity of Colloidal Gels
我们提出了一个模拟研究的胶体粒子具有很短的距离吸引力。特别是，我们调查的有效吸引力的范围和形成的凝胶的粘弹性之间的相互作用时，系统的温度足够低。使用布朗动力学模拟，我们研究了不同尺寸和相互作用范围的颗粒，并通过进行小振幅振荡和瞬态启动剪切模拟来表征凝胶的力学性能。我们发现，有效吸引范围是影响凝胶粘弹性的关键参数。储能模量和损耗模量之间的交叉频率以及在启动测试中达到最大应力的时间都是有效吸引范围的简单函数。
2013-07-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Microstructures and Mechanical Properties of Dense Particle Gels: Microstructural Characterization
密集堆积的凝聚胶体颗粒凝胶的宏观力学性能强烈地依赖于粉末颗粒在几个颗粒直径的长度尺度上的局部排列。非均质微观结构表现出比其均质对应物高一个数量级的弹性性能和屈服强度。这些凝胶的微观结构进行了分析，通过直线路径法量化准线性颗粒排列的颗粒。它们表现出与颗粒材料中承受机械载荷的力链相似的特性。将这一概念应用到凝胶中发现，异质胶体微结构显示出显着更高的直线路径密度，并表现出更长的直线路径比均匀的同行。
2009-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Magnetostriction in magnetic gels and elastomers as a function of the internal structure and particle distribution
磁性凝胶和弹性体是构造由外部磁场触发的可逆可激发软致动器的有希望的候选者。这些磁场诱导或改变嵌入软弹性聚合物基质中的离散刚性颗粒之间的磁相互作用，导致整体变形。从离散颗粒的结构中正确预测有限尺寸系统的变形类型是理论上的一个重大挑战。考虑弹性球，我们在这里提出这样的方法。该方法在原则上是准确的，至少在线性弹性理论的框架内，并为足够大的颗粒间的距离。考虑不同的粒子排列。我们发现，例如，规则的简单立方配置显示沿磁化方向的球体的伸长，如果定向沿面或空间对角线的立方晶胞。相反地，随着沿着立方晶胞的边缘的磁化，它们收缩。在这种几何结构中，对于体心和面心构型，情况正好相反。值得注意的是，对于后者的配置，但磁化沿面或空间对角线的单位细胞，收缩观察到恢复到膨胀与降低泊松比的弹性材料。还考虑了随机配置。它们表现出沿磁化方向拉长球体的趋势，这在可压缩系统中更为明显。我们的结果可以测试对实际实验的球形样品。此外，我们的方法将支持最佳粒子分布的搜索，以获得最大的驱动效果。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural, mechanical, and vibrational properties of particulate physical gels
我们的生活被各种各样的无序材料包围着。特别是，玻璃是众所周知的致密，无定形材料，而凝胶存在于低密度，无序状态。最近的进展提供了一个重要的一步，在理解玻璃的材料性能，如机械，振动和传输性能。相比之下，我们对颗粒物理凝胶的了解仍然非常有限。在这里，使用分子动力学模拟，我们研究了一个简单的模型的颗粒物理凝胶，Lennard-Jones（LJ）凝胶，并提供了一个全面的了解其结构，机械和振动特性，所有这些都是显着不同的玻璃。首先，LJ凝胶显示出稀疏的、不均匀的结构，并且结构的长度尺度$ξ_s$随着密度的降低而增长。第二，凝胶非常软，剪切$G$模量和体积$K$模量都比玻璃小几个数量级。第三，许多低频振动模式被激发，其在振动态密度中形成具有起始频率$ω_\ast$的特征平台。分别用$ξ_s$、$G$、$K$和$ω_\ast$表征的结构、机械和振动性质显示出与密度的幂律标度行为，这在它们之间建立了密切的关系。在整个本工作中，我们揭示了凝胶是多尺度的，固态材料：（i）均匀的弹性体在长的长度，（ii）异质弹性体的分形结构在中间的长度，和（iii）无定形结构体在短的长度。
2021-09-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
