Entropy of water and the temperature-induced stiffening of amyloid networks
在水中，蛋白质$α$ -突触核蛋白的半柔性原纤维网络随着温度的升高而显著增加。我们认为，这种可逆的硬化是由于原纤维之间的疏水接触，随着温度的升高变得更加突出。我们的实验观察到的网络的储能模量的温度依赖性与可逆交联网络弹性连接的缩放理论的良好协议，使我们能够量化的吸热结合焓和估计的有效尺寸的疏水补丁的原纤维表面上。
2017-12-20 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
Nanomechanics of Shear Rate-Dependent Stiffening in Micellar Electrically Conductive Polymers
本研究通过多尺度粗粒化模拟，揭示了PAMPSA-PANI导电聚合物在低、高剪切速率下分别通过胶束聚结致密化和核心解离形成取向纤维两种机制，实现跨三个数量级剪切速率的可逆机械刚化，为设计速率自适应固态聚合物提供了分子级框架。
2025-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of Thermal Undulations on the Bending Elasticity and Spontaneous Curvature of Fluid Membranes
我们放大了以前的论点，为什么平均曲率应被用来作为衡量的集成在计算流体膜的有效弯曲刚度进行弱背景曲率。最近推导出的球形形状的膜的波动，刚性恢复圆柱形曲率。采用曲线坐标，然后我们讨论任意形状的硬化，确认高斯曲率的弹性模量不重整化的波动的存在下，并首次表明，任何自发曲率也保持不变。
2000-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Strain stiffening universality in composite hydrogels and soft tissues
本研究揭示复合水凝胶与软组织的剪切和压缩应变硬化均由普适应变放大因子控制，并受Mullins效应掩盖，为组织模拟材料设计提供原则。
2024-03-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Programming strain-stiffening in soft composites via structural memory near jamming
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Université de Montpellier（蒙彼利埃大学）
研究通过接近阻塞相边界的机械训练协议，揭示结构记忆驱动软复合材料从颗粒状到生物聚合物状应变刚性的转变，提出非平衡记忆效应驱动的可编程应变刚性设计策略。
2026-04-22 cond-mat.soft
Elasticity of Stiff Polymer Networks
本文研究了刚性杆的二维随机网络（“Mikado模型”）的弹性。该模型的基本特征是杆的各向异性弹性和网络的随机几何形状。我们发现，有三个不同的标度制度，其特征在于两个不同的长度尺度上的弹性骨干。除了临界刚性渗流区和均匀弹性制度，我们发现一个新的中间标度制度，其中弹性主要由弯曲变形。
2003-03-27 cond-mat.soft
Nonlinear molecular deformations give rise to stress stiffening, yielding and non-uniform stress propagation in actin networks
我们使用光镊微观流变学和荧光显微镜应用非线性微尺度应变缠结和交联肌动蛋白网络，并测量由此产生的应力和肌动蛋白丝变形。我们耦合的非线性应力响应和随后的松弛的速度分布的个别荧光标记的肌动蛋白片段在不同的时间在整个应变和不同的距离从应变路径，以确定潜在的分子动力学，引起争论的非线性响应和应力传播的交联和缠结的肌动蛋白网络在微观尺度。我们发现，初始应力硬化产生的加速应变细丝由于分子沿应变延伸，而软化和屈服耦合到细丝减速，停止和反冲。我们证明了一个令人惊讶的非单调依赖交联剂浓度的速度分布。也就是说，没有交联或大量交联的网络都表现出快速的初始长丝速度和降低的分子反冲，而中间交联剂浓度显示出降低的速度和增加的反冲。我们发现，这些集体的结果是由于网络弹性和瞬时交联剂的解绑和重新绑定的平衡。我们进一步表明，弹性和弛豫时间尺度显示交联剂浓度的指数依赖性，这表明交联主导纠缠动力学时，交联剂之间的长度变得小于纠缠之间的长度。根据最近的模拟，我们的松弛动力学表明，后应变应力可以在交联网络中长寿命的分布应力到一小部分的高度应变连接的细丝，跨越网络和维持负载，从而允许网络的其余部分反冲和放松。
2016-10-20 cond-mat.soft
Elasticity of entangled polymer loops: Olympic gels
本文提出了奥林匹克凝胶弹性的标度理论，即，其中弹性仅是拓扑结构的结果的凝胶。结果表明，存在两个变形制度。第一种是非仿射变形状态，其中自由能与变形成线性比例。在大（仿射）变形状态下，自由能按$F \propto λ^{5/2}$缩放，其中$λ$是变形比。因此，预测了一个高度非胡克应力应变关系。
1997-05-27 cond-mat.soft
The strain-stiffening critical exponents in polymer networks and their universality
本研究通过大规模计算机模拟验证了非热应变硬化相变标度理论的临界指数预测，发现数值结果与解析预测定量一致，且该相变相对于驱动应变对称性和网络拓扑具有普适性。
2025-04-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Hybrid Model of Rubber Elasticity in Simple Extension
本文提出了一个描述非晶和结晶聚合物弹性橡胶行为的相关模型，并以简单拉伸为例进行了验证。考虑了聚合物链在宏观弹性形变中的熵运动和能量运动。该模型显示了从熵到能量弹性的连续过渡，而没有由聚合物链的有限延伸性引起的常见奇异性。一个多尺度的分子方法，最近的文献概念的基础上，已被用于连续参数的评价。对于结晶聚合物，一个简单的模型是开发的应力诱导结晶，它描述了长，针状聚合物晶体的形成所造成的应力增强。
2004-08-13 cond-mat.soft
Elasticity-based polymer sorting in active fluids: A Brownian dynamics study
虽然平衡介质中聚合物链的动力学现在已经很好地理解了，但活性非平衡环境中的聚合物动力学可能非常不同。在这里，我们研究的动态聚合物在粘性介质中含有自推进粒子在两个维度上使用布朗动力学模拟。我们发现，聚合物的质心表现出超扩散运动在短期到中期的时间和运动转向正常的时间长，但大大增强了扩散。有趣的是，长时间扩散率显示出作为链长和刚度的函数的非单调行为。我们分析了聚合物构象和自推进粒子的积累，以及聚合物的定向运动是如何相互关联的。在最大聚合物扩散率的点处，聚合物优先具有由链弹性和由活性颗粒产生的推进力之间的平衡维持的弯曲构象。我们还考虑了双阱势中主动驱动聚合物的势垒穿越动力学。的势垒跨越时间被证明有一个特殊的非单调的依赖关系，相关的扩散率。这种效应可以潜在地用于在\textit{in vitro}实验中从溶液中分选聚合物。
2017-06-22 cond-mat.soft
Strongly Charged Polymer Brushes
带电聚合物刷是表面束缚链的层。实验系统经常是强带电的。在这里，我们计算的盐浓度n_s，接枝密度和聚合物主链电荷密度方面的相图。静电硬化和对流凝结效应的出现是缺乏从弱带电刷。在不同的相态下，链局部或整体完全拉伸，刷高H具有独特的标度形式，在较高的盐浓度下，我们发现H ~ n_s^（-1/3），与实验符合得很好。
2005-08-10 cond-mat.soft
Effect of nematic ordering on the elasticity and yielding in disordered polymeric solids
用分子动力学模拟研究了聚合物固体模型的弹性与屈服之间的关系。通过改变链的弯曲刚度和键长，得到了具有键无序的半结晶和无序玻璃态聚合物，以及具有键有序的半结晶玻璃态聚合物。发现在键无序系统中，剪切屈服强度Ty与剪切模量G之比Ty/G接近于原子金属玻璃的普适值。在玻璃中的局部有序的增加导致的剪切模量的增加和剪切屈服强度的降低，如在实验中观察到的热固性塑料。随后减少的比例Ty/G的每单体应力的分布方面提供了一个尝试性的解释。
2018-11-16 cond-mat.soft
Effective medium approach for stiff polymer networks with flexible cross-links
最近的实验表明，在一个灵活的交联剂，如丰富的细胞骨架蛋白细丝蛋白的存在下，在体外网络的生物聚合物肌动蛋白的非线性弹性显着改变。对这种网络的基本原则仍然知之甚少。在这里，我们描述了一个灵活的交联刚性聚合物网络的有效介质理论。我们认为，可以完全归因于熵硬化的交叉链接的响应，而软化由于域展开可以忽略不计。该网络被建模为一个集合的随机定向杆连接的灵活的交叉链接到一个弹性连续。该有效介质被处理在线性弹性限度以及在一个更一般的框架，其中介质自洽地表示非线性网络行为。该模型预测，非线性弹性响应在与交联剂长度成正比且与长丝长度成反比的应变下开始。此外，我们发现，微分模量的比例线性与应力的硬化制度。这些结果与本体流变学数据非常一致。
2008-11-24 cond-mat.soft
Yielding and Strain Stiffening in Entangled Assemblies of Frictional Granular Chains
宏观颗粒链的堆积捕获了分子聚合物系统的一些基本方面，并已被建议作为在分子尺度上理解物理学的范例。然而，在这里，我们证明了颗粒链填料，这在聚合物系统中没有对应的颗粒间摩擦$μ$，导致一个非平凡的屈服和流变响应。基于离散元模拟方法，研究了大振幅振荡剪切作用下颗粒链随机堆积的非线性流变特性。我们发现，最大应力和剪切变形进入材料体的深度是摩擦的非单调函数，极值在$μ$的中间值。我们还表明，相邻的晶粒之间的定期重复的间隙，这是特殊的商业颗粒链，扩大剪切区，并通过促进链之间的联锁事件，提高在系统中的缠结。这些拓扑约束可以显著增加应变刚化的程度。我们的研究结果突出了颗粒链包装和分子聚合物系统的物理之间的差异。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity of single flexible polymer chains in good and poor solvents
力-伸长曲线在力谱实验中测量单个聚合物链的熵弹性。一个蠕虫状链模型被用来描述力延伸实验与一个内在的链参数称为持久长度，这是一个衡量局部弯曲的灵活性。对于柔性聚合物，在不同的力制度的持久性长度的估计存在差异。例如，基于原子力显微镜（AFM）的拉伸实验报告了异常低值，这也与磁镊实验不一致。为了理解这一点，我们调查的微观力探针和聚乙二醇链的内在弹性在AFM为基础的实验之间的耦合的作用。我们使用振荡流变学进行实验，通过提供一个固定频率的外部激励的探头。我们表明，一个适当的量化的弹性响应直接测量的振荡技术偏离传统的力延伸曲线显着。通过拟合WLC刚度延伸数据得到的持久长度与平衡镊子实验匹配良好。此外，对于聚苯乙烯链在贫溶剂中的弹性响应没有观察到振荡和等速拉伸实验之间的偏差。然而，对于在良溶剂中的聚苯乙烯观察到这种偏差。我们把这归因于聚苯乙烯单体在水中的疏水相互作用。我们的研究结果表明，单聚合物链上的振荡流变学提供了其弹性响应的定量估计。持久性长度值的一致性，使用磁镊实验在低力制度和高力制度的AFM实验表明，WLC是成功的描述聚合物的弹性力范围内的AFM实验中通常探测。
2021-07-27 cond-mat.soft
Reduction in Tension and Stiffening of Lipid Membranes in an Electric Field Revealed by X-ray Scattering
利用掠入射同步辐射X射线散射技术，在微观水平上研究了交流电场对支撑脂质双层膜弹性的影响。当膜的局部电势<1 V时，观察到膜张力大幅下降至1 mN/m，有效刚度急剧增加至300 kBT。利用详细的电动力学模型和非线性Poisson-Boltzmann理论对实验结果进行了分析。基于建模的电磁应力，它提供了一个准确的描述双层分离与压力曲线，我们表明，张力的降低结果从放大膜表面上的电荷波动，而弯曲刚度的增加结果从电荷之间的直接相互作用的双电层。这些作用最终导致双层的不稳定和囊泡的形成。在具有较低张力的细胞膜中，在数十纳米的长度尺度上预计会有类似的效果，并且可以解释许多电驱动过程。
2016-05-10 cond-mat.soft
Elasticity of semiflexible polymers in two dimensions
我们从理论上研究的熵弹性的半柔性聚合物，如DNA，局限于两个维度。利用蠕虫链模型，我们得到了一端受恒定力拉伸的聚合物的配分函数的精确解析表达式。聚合物的力-延伸关系计算在长链极限的Mathieu特征函数。我们还介绍了半柔性聚合物与电场相互作用的应用，并推导了在强电场中聚合物的有序序参量和平均伸长。
2007-04-06 cond-mat.soft q-bio.BM
Transient Elasticity -- A Unifying Framework for Thixotropy, Polymers, and Granular Media
Universität Tübingen（蒂宾根大学）
本文提出瞬态弹性理论，统一解释粘性流体、聚合物和颗粒介质的非牛顿行为，通过弹性松弛和双温模型解释粘性流体的非牛顿特性。
2026-09-22 cond-mat.soft
Stiffening of Red Blood Cells Induced by Disordered Cytoskeleton Structures: A Joint Theory-experiment Study
细胞的功能和弹性在很大程度上与脂质双层下面的细胞骨架结构有关。在各种细胞类型中，红细胞（RBC）具有相对简单的细胞骨架结构。在膜下，RBC细胞骨架呈二维三角形网络的形式，由肌动蛋白（和其他蛋白质）的节点和血影蛋白的边缘组成。最近针对疟疾感染的RBC（iRBC）的实验表明，在细胞骨架网络中血影蛋白的延长与iRBC的硬化之间存在相关性。在这里，我们合理化这两个观察之间的相关性结合蠕虫状链（WLC）模型的单spectrin和有效介质理论（EMT）的网络弹性。我们特别关注细胞骨架网络中的疾病如何影响其宏观弹性。我们模型的分析和数值解表明，膜的刚度随着谱蛋白端到端距离的增加而增加，但对端到端距离分布的方差具有非单调依赖性。这些预测通过我们的iRBC的AFM和微量移液管抽吸测量定量地验证。该模型可以从分子水平上为未来识别红细胞相关疾病（如疟疾感染）的新治疗方法提供指导。
2015-06-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Loops versus lines and the compression stiffening of cells
动物和植物组织都表现出非线性流变现象，称为压缩硬化，或随着单轴压缩应变的增加而增加模量。这种现象是否存在于构成组织的单细胞中？人们期望单个细胞压缩软化，因为基于半柔性生物聚合物的细胞骨架网络保持细胞的机械完整性，并且体外半柔性生物聚合物网络通常压缩软化。相反，我们发现，小鼠胚胎成纤维细胞（mEFs）的压缩单轴压缩下，通过原子力显微镜（AFM）的研究。为了理解这一发现，我们揭示了几个潜在的机制压缩硬化。首先，我们研究了一个单一的半柔性聚合物环路建模的肌动球蛋白皮层封闭的粘性介质建模为不可压缩流体。其次，我们研究了一个二维的半柔性聚合物/纤维网络穿插面积守恒的循环，这是一个代理囊泡和基于流体的细胞器。第三，我们研究了二维纤维网络的角度约束的交联，即半柔性回路的网格规模。在后两种情况下，环充当纤维网络上的几何约束，以通过增加的角度相互作用来帮助纤维网络。我们发现，单半柔性聚合物环模型与我们的AFM实验，直到约35%的压缩应变。我们还发现，对于具有面积守恒环模型的纤维网络，应力-应变曲线对面积守恒环的填充分数和尺寸分布敏感，从而在不同的细胞类型中产生机械指纹。最后，我们将此模型与纤维蛋白网络与珠子交织的实验进行了比较，并讨论了细胞压缩硬化的组织尺度影响。
2020-07-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
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
Harnessing entropy to enhance toughness in reversibly crosslinked polymer networks
可逆交联是聚合物材料的设计范例，其中它们用在聚合物链之间形成瞬时交联的化学物质微观地增强。除了自我修复的潜力之外，最近的实验工作表明，在聚合物网络（如凝胶）中自由扩散的可逆交联可以增强材料的韧性，而不会显著改变弹性。这提供了制造高弹性材料的机会，所述高弹性材料在破裂之前可以在很大程度上应变。在这里，我们采用高斯链理论，分子模拟，和网络聚合物自洽场论，以构建一个平衡的图片如何可逆交联可以韧化聚合物网络，而不影响其线性弹性。聚合物熵的最大化驱动可逆交联优先结合在网络中的永久交联附近，导致局部分子增强而不显著改变网络拓扑结构。在平衡条件下，永久交联与相邻的可逆交联有效地分担负荷，形成多功能交联点。因此，该网络被整体增韧，而线性弹性基本上保持不变。提出了实用的指导方针，以优化这种设计在实验中，随着讨论的关键动力学和时间尺度的考虑。
2018-10-23 cond-mat.soft
The Role of Architecture in the Elastic Response of Semiflexible Polymer and Fiber Networks
我们研究了热波动刚性聚合物交联网络的弹性。与纯机械的对应物相比，这些热网络具有质的不同的弹性响应。通过考虑单一聚合物弹性的熵起源，网络获得了对多分散性和结构随机性的强烈敏感性，这在无热模型中是完全不存在的。在广泛的数值研究中，我们系统地改变了网络的结构，并确定了大量的现象，清楚地表明了新兴的宏观模量对潜在的介观网络结构的强烈依赖。特别是，我们强调的重要性，在很大程度上控制网络的弹性响应的聚合物全长，令人惊讶的是，即使在参数区域，它没有明确进入宏观模量。我们提供了理论的缩放参数，所观察到的宏观弹性的微观和介观尺度上的物理机制。
2007-01-18 cond-mat.soft
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
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
Elasticity of semiflexible polymers with and without self-interactions
从离散的{ \it蠕虫状链}模型导出了力-伸长关系的{\it new}公式。该公式正确地拟合了最近的一些实验数据的聚合物拉伸和一些数值模拟与成对排斥势。对于一个更现实的Lennard-Jones势的协议与模拟被发现是好的，当温度高于$θ$温度。对于较低的温度出现平台，正如最近的一些实验和理论结果所预测的那样，我们的公式仅在高力状态下给出了良好的结果。我们简要地讨论了其他类型的自相互作用预计将影响聚合物的弹性。
2003-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polydisperse polymer networks with irregular topologies: Mechanics of cross-link distributions
Materials & Manufacturing Directorate, Air Force Research Laboratory（空军研究实验室材料制造局）；National Research Council (NRC) Research Associateship Programs, The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine（国家科学院、工程院和医学院国家研究委员会（NRC）研究助理项目）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文提出一种新框架，通过分析交联及其连接链来研究多分散聚合物网络的力学特性，揭示了交联分布对网络软化和应变硬化的影响。
2026-06-06 cond-mat.soft
Elasticity of semi-flexible polymers
本文给出了半柔性聚合物蠕虫链模型的数值解。我们显示了端到端距离分布和模型预期的力-延伸关系的图形。我们预测了力-延伸曲线中平均值周围的预期波动水平。我们的治疗分析了整个范围内的聚合物长度和再现有趣的定性特征，在最近的计算机模拟聚合物的中间长度。这些结果可以通过单分子实验来检验。这项研究与生物分子的力学性质有关。
2002-06-27 cond-mat.soft q-bio.BM
Multi-scale strain-stiffening of semiflexible bundle networks
成束的聚合物细丝负责许多生物材料，包括细胞和细胞外基质的丰富和独特的力学行为。在纤维蛋白生物聚合物中，其非线性弹性特性对于正常血液凝固至关重要，原纤维自组装并成束以形成半柔性纤维网络。在这里，我们表明纤维蛋白网络的非凡应变硬化反应直接反映了纤维蛋白纤维的分层结构。我们测量的未捆绑的原纤维网络的流变学，并找到良好的协议与仿射模型的可扩展蠕虫状聚合物。通过与这些数据的直接比较，我们表明，由粗纤维组成的生理纤维蛋白网络可以建模为紧密的原纤维束网络。我们证明，在纤维中的原纤维之间的耦合的紧密性可以通过凝血因子XIII的酶促分子间交联的程度来调节。此外，在高应力下，原纤维独立地贡献于网络弹性，这可能反映了紧密束结构的解耦。因此，纤维蛋白纤维的分层结构可以解释血凝块的非线性和巨大的弹性恢复特性。
2015-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Monte Carlo study of multiply crosslinked semiflexible polymer networks
我们提出了一种方法来产生现实的，三维网络的交联半柔性聚合物。这些网络的自由能是从各个聚合物的力延伸特性和它们通过交联的持久方向性获得的。一个Monte Carlo计划是用来获得各向同性，均匀的网络，最小化的自由能，并为所有相关参数可以改变：的持久性长度，轮廓长度以及交联长度可以随意选择。我们还提供了对受剪切应变的网络力学性能的初步调查，表明它们显示出预期的非线性硬化行为。此外，一个关键的作用，非亲和性和它的关系，在网络中的秩序被发现。
2008-10-02 cond-mat.soft
Nonaffine rubber elasticity for stiff polymer networks
我们提出了一个理论的弹性交联刚性聚合物网络。刚性聚合物与柔性聚合物不同，是高度各向异性的弹性物体。与机械梁类似，刚性聚合物在弯曲时容易变形，而它们在拉伸力（“拉伸”）方面更硬。与以前的方法不同，网络弹性来自拉伸模式，我们的理论正确地解释了软弯曲响应。一个自洽的有效介质的方法是用来计算宏观弹性模量从微观表征的变形场的“软盘模式”-低能量弯曲激发，保持高度的非亲和性。表征出现的非亲和性的长度尺度由"纤维长度“$l_f$给出，定义为聚合物保持直的尺度。计算的剪切模量的标度特性与最近在二维模型网络中获得的模拟结果非常一致。此外，我们的理论可以应用于合理化散装流变学数据重构肌动蛋白网络。
2007-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity of Stiff Biopolymers
我们提出了一个刚性聚合物的统计力学研究，由肌动蛋白丝的实验和相当大的当前的兴趣在聚合物网络的动机。我们得到简单的，近似的力-延伸关系的分析形式，并比较这些与数值处理。我们注意到边界条件在确定力-伸展关系中的重要作用。这里提出的理论预测可以测试对神经丝和细胞骨架丝，如肌动蛋白和微管的单分子实验。我们的工作受到细胞骨架在压缩下弯曲的激励，这是生物学感兴趣的现象。
2007-10-08 cond-mat.soft
Non-affine displacements in flexible polymer networks
探讨了仿射假设在柔性聚合物网络建模中的有效性。为此，嵌入在聚丙烯酰胺凝胶中的荧光示踪珠的位移通过共聚焦显微镜剪切变形下进行定量，并记录这些位移从仿射响应的偏差。凝胶内的非亲和力被量化为聚合物链密度和交联浓度的函数。观测结果与目前的聚合物网络非亲和性理论定性一致。在聚丙烯酰胺凝胶中测量的非亲和性程度表明存在结构不均匀性，这可能是由于凝胶制备过程中的非均相反应动力学。此外，聚丙烯酰胺凝胶的宏观弹性被确认为按照柔性聚合物网络弹性的标准模型表现。
2010-11-28 cond-mat.soft
Topological Interaction between Loop Structures in Polymer Networks and the Nonlinear Rubber Elasticity
我们数值研究了拓扑约束聚合物网络的非线性橡胶弹性。在Graessley和Pearson拓扑模型的基础上，提出了一种简单有效的描述拓扑效应的模型（GP模型）。重点是考虑了聚合物网络合成过程中的非平衡效应。我们引入了一个新的参数$γ$来描述聚合物环的纠缠熵的贡献，这可以从样品的结构特征来确定。根据单轴和双轴变形下的实验数据对模型进行了评价。因此，我们的模型表现出单轴的行为，这是常见的许多弹性体在各种变形制度，如Mooney-Rivlin的关系在小的延伸，应力发散的伸长极限和下降的应力在压缩。此外，它也是定性一致的双轴实验，这可以解释的几个理论模型。
2011-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular motors stiffen non-affine semiflexible polymer networks
重构的丝状肌动蛋白网络与肌球蛋白马达蛋白形成活性凝胶，其中马达蛋白产生驱动网络远离平衡的力。这种运动活动也可以强烈影响网络弹性;实验表明，在体外网络与分子马达显着硬化。在这里，我们研究了电机产生的力对模拟的2D网络的无热刚性细丝力学的影响。我们将展示异质内部电机应力如何导致网络中的纤维弯曲模式所支配的硬化。电机被建模为力偶极子，导致肌肉样收缩。这些收缩“拉出”系统中的松弛弯曲模式，这引起向更硬的拉伸主导状态的交叉。通过这种机制，马达可以导致非线性网络响应，即使构成细丝本身是纯线性的。这些结果对活细胞的力学具有影响，并为具有可调机械性能的活性生物材料提出了新的设计原则。
2010-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Short-Time Elasticity of Polymer Melts: Tobolsky Conjecture and Heterogeneous Local Stiffness
一个扩展的分子动力学研究的短时间的“玻璃态”的弹性表现出的线性全柔性链的聚合物熔体以上的玻璃化转变。重点是无限频率的剪切模量$G_\infty$表现在皮秒的时间尺度和松弛的高原$G_p$达到在以后的时间和终止的结构松弛。与各单体第一邻体相互作用的局部刚度具有显著的分布，其平均值由$G_\infty$给出。特别地，每条链的末端单体的邻近区域比内部单体更软，使得$G_\infty$随着链长而增加。$G_p$不受链长的影响，并且主要由非键相互作用设定，因此对于聚合物熔体证实了Tobolsky对于玻璃态聚合物所提出的猜想。
2016-05-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Universal Negative Energetic Elasticity in Polymer Chains: Crossovers among Random, Self-Avoiding, and Neighbor-Avoiding Walks
Center for Information Technologies and Networks, Mie University（三重大学信息技术与网络中心）；Faculty of Social Informatics, ZEN University（禅大学社会信息学部）；Department of Chemistry and Biotechnology, The University of Tokyo（东京大学化学与生物技术系）
本研究通过DJ模型和ISAW模型揭示聚合物链中负能量弹性的普遍性，并发现其内能遵循统一的标度律。
2026-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Elasticity dominated surface segregation of small molecules in polymer mixtures
利用平均场和自洽场论研究了二元高分子混合物中小分子向自由表面的迁移现象。通过提出一个自由能泛函，明确地结合聚合物基体弹性，我们计算的迁移体积分数，并表明，它显着降低样品的刚度增加。体积模量的估计值表明，橡胶类材料的效果应该是实验观察。这提供了一种控制聚合物混合物中表面迁移的简单方法，并且可以在表面迁移通常导致产品功能降低的工业配方中发挥重要作用。
2015-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermoresponsive stiffening with microgel particles in a semiflexible fibrin network
我们报告的温度响应性软复合材料的半柔性生物聚合物网络（纤维蛋白）含有分散的微凝胶胶体颗粒的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（pNIPAM），经历一个热驱动的去溶胀转变以上的低临界溶解温度（LCST）。与标准的聚合物-颗粒复合材料不同，减少颗粒的内含物体积（通过增加温度）伴随着复合材料的整体弹性刚度的显著增加。我们观察到这样的行为在一个广泛的组成空间。复合材料的弹性剪切模量在25-35°C的微小温度变化下可逆地硬化高达10倍。在隔离中，纤维蛋白网络和微凝胶悬浮液都随着温度的升高而软化，使得复合材料的硬化特别显著。我们假设硬化是由吸附在纤维蛋白丝上的微凝胶颗粒收缩并改变半柔性网络的结构引起的。我们开发了两个唯象模型，以物理上不同的方式量化这一假设，并且导出的预测与我们的实验数据定性一致
2019-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ultimately deformed double-network gels possess positive energetic elasticity
针对橡胶状聚合物网络弹性来源问题，该研究通过热力学分析发现双网络凝胶在单轴极限变形下由熵弹性转变为内能驱动弹性，并建立考虑能量贡献的模型再现其应力-应变温度依赖。
2024-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Emergent Strain-Stiffening in Interlocked Granular Chains
颗粒链填料表现出惊人的紧急应变硬化行为，尽管个别松散的本构链。使用这样的组件上的压痕实验，我们测量的集体阻力$F$的压痕深度$z$的指数增加，并与每链的珠的数量$\mathcal{N}$的平方根。这两个观察结果分别让人想起绞盘或交错书籍中摩擦力的自放大，以及聚合物物理学。基于这两种成分的新模型很好地捕获了实验数据。具体地说，阻力被发现根据通用关系：$\log F \sim μ\sqrt{\mathcal{N}} Φ^{11/8}z/ b $，其中$μ$是两个基本珠之间的摩擦系数，$b$是它们的大小，和$Φ$是链珠的体积分数时，在周围介质中的未连接的珠半稀释。我们的研究表明，通常局限于分子水平的高分子物理领域的理论可以用来解释宏观水平的现象。这类系统可以研究复杂组件中的摩擦，对新材料的设计，纺织工业和生物学具有实际意义。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity affects the shock-induced aerobreakup of a polymeric droplet
该研究通过Boger流体实验，排除剪切稀化干扰，探究液体弹性对冲击诱导液滴气动破碎的影响，发现弹性仅在破碎后期起主导作用，会显著改变碎裂形态。
2024-03-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Boson peak, elasticity, and glass transition temperature in polymer glasses: Effects of the rigidity of chain bending
超低频振动谱（玻色子峰）和非仿射弹性响应是玻璃最重要的特性。在这里，聚合物玻璃的振动和机械性能的检查，通过使用粗粒度的分子动力学模拟，特别注意的聚合物链的弯曲刚度的影响。随着刚性的增加，系统在较高的温度下（在恒定压力下）经历玻璃化转变，这降低了玻璃相的密度。的弹性模量，这是由密度的降低和刚度的增加控制，显示出非单调依赖于刚性的聚合物链，所产生的非仿射分量。此外，在振动态密度中观察到明显的玻色子峰，其取决于宏观剪切模量$G$。具体地，玻色子峰值频率被缩放为$ω_\mathrm{BP} \propto \sqrt{G}$。这些结果提供了玻色子峰，剪切弹性，和玻璃化转变温度之间的正相关性。
2019-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ferrogels cross-linked by magnetic particles: Field-driven deformation and elasticity studied using computer simulations
铁凝胶，即磁性颗粒浸入其中的溶胀聚合物网络，可以被认为是“机敏材料“，因为它们的形状和弹性可以由外部磁场控制。利用分子动力学模拟，在粗粒水平上，我们研究了铁凝胶中的磁性粒子作为交联剂的聚合物网络。在均匀的外部磁场中，磁矩的取向与聚合物之间通过共价键的直接耦合引起凝胶的变形，而与颗粒间偶极-偶极相互作用无关。在本文中，我们报告这种变形，凝胶的弹性模量和它的磁响应的定量测量。我们的研究结果表明，这些属性显着依赖于聚合物网络的拓扑结构。
2015-06-01 cond-mat.soft physics.chem-ph
Structural features and nonlinear rheology of self-assembled networks of cross-linked semiflexible polymers
本文模拟交联半柔性丝条自组装形成的三维网络，揭示交联剂可获得性如何影响网络连通性及其线性弹性与非线性应变硬化行为。
2023-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamical properties of different models of elastic polymer rings: confirming the link between deformation and fragility
我们报告了大量的数值模拟不同的模型的二维聚合物环的内部弹性。我们监测环的动力学行为作为包装分数的函数，以解决粒子变形对系统的集体响应的影响。特别是，我们比较了三种不同的模型：（i）最近研究的模型[Gnan \& Zaccarelli，Nat.Phys.15，683（2019）]，其中提供内部弹性的内部赫兹场作用在环的单体上，（ii）相同的模型，其中这种场对质心的影响被相反的力平衡，以及（iii）半-柔性模型，其中相邻单体之间的角势引起强烈的颗粒变形。通过对三种模型的动力学分析，我们发现，在所有情况下，系统的脆弱性和粒子的非球面性之间存在着直接的联系。在这三个模型中，只有第一个模型表现出异常的动力学行为的超扩散行为的均方位移和压缩指数松弛的密度自关联函数的形式。我们表明，这是由于内部弹性和每个环，这两者都是必要的成分，以诱导这种奇特的行为经常观察到的实验中的胶体凝胶自发产生的不平衡力的组合。这些发现加强了颗粒变形的作用，连接到内部弹性，在驱动致密的软颗粒的动态响应。
2021-06-04 cond-mat.soft
Prestressed elasticity of amorphous solids
非晶态固体中的预应力具有其形成的记忆，并且在其机械性能中起着深刻的作用，从硬化或软化弹性模量到移动振动模式的频率，以及在非线性区域中引导屈服和固化。在这里，我们开发了一套数学工具来研究预应力离散网络的弹性，解开混乱的影响，在配置和预应力混乱。将这些方法应用到预应力三角形晶格和非晶态固体的计算模型中，我们证明了预应力对弹性的重要性，并揭示了预应力引起的一些有趣的效应，包括预应力固体特有的应力响应的强烈空间异质性，最小偶极刚度的幂律分布，以及分类松弛模式的新标准。
2021-10-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the Elasticity of Polymer Model Networks Containing Finite Loops
基于电阻类比和使用的理想回路气体近似（ILGA），它示出，只有挂起的循环减少模量，否则完美的网络由单分散链和路口相同的功能。因此，如果可以采用电阻器类比，则移除挂起结构（环状和分支）的网络的循环秩足以表征模量。它进一步表明，它是不可能的，将有限的周期到一个聚合物网络，使个别网络链处于平衡构象，同时保持在交界处的力平衡。因此，电阻类比仅提供了包含有限环路的网络的幻影模的近似值。改进的方法，幻影模量可以构建从考虑在交界处的力平衡，这需要在不完善的网络中的交联波动的分布的知识。假设回路具有平衡构象和所有回路连接处的力平衡，则在末端连接模型网络的ILGA内以及在$L_{1}\llξ$的极限内获得体模模量$G_{\text{ph}}\approx\left(ξ-c_{\text{f}}L_{1}\right)kT/V$的下限估计。这里，$L_{1}$是主（“待决”）循环的数量，$ξ$是网络的循环秩，$k$是玻尔兹曼常数，$V$是样品的体积，$T$是绝对温度。$c_{\text{f}}$是一个官能度依赖系数，对于连接官能度$f=3$，它是$\approx2.56$，对于$f=4$，它是$\approx3.06$，而在大$f$的限制下，它快速地向$\approx4.2$收敛。进一步修正幻影模量超出有限循环简要地解决。
2021-03-30 cond-mat.soft
Stretching of viscoelastic drops by steady sliding
非牛顿流体在平面上的滑动导致了界面力和非线性粘性耗散之间复杂的、纠缠的平衡，这一点很少被研究。特别是，仍然缺乏对聚合物柔性和聚合物溶液的弹性所起作用的详细理解。为此，我们考虑了不同分子量的聚丙烯酰胺（PAA）溶液，悬浮在水中或甘油/水的混合物。与具有刚性聚合物的液滴相比，具有柔性聚合物的液滴在稳定滑动中表现出显著的伸长。这种差异很可能是由于不同的剪切稀化的结果，不同的粘性弯曲。此外，聚合物的“最佳弹性”似乎是该液滴伸长率可见所需的。我们补充了实验结果与粘弹性FENE-P下降的数值模拟。这是一个决定性的步骤，以解开弹性参数（如聚合物松弛时间，最大延展性）的变化如何影响无量纲滑动速度。
2017-03-30 cond-mat.soft
Scaling theory of critical strain-stiffening in disordered elastic networks
本文基于奇异摄动理论提出无序弹性网络临界应变刚化的完整标度理论，推导非线性标度关系并揭示新的特征应变尺度，且与生物聚合物网络数值数据定量吻合。
2023-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
A statistical theory for polymer elasticity: from molecular kinematics to continuum behavior
本文通过构造链段的新哈密顿量，建立了从分子运动学到连续体行为的统一统计理论，无需唯象假设即可描述链的拉伸与取向，并显著提升了对弹性体超弹性响应的预测能力。
2025-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A unit-cell approach to the nonlinear rheology of biopolymer solutions
我们提出了一个非线性扩展的标准管模型的自由滑动半柔性聚合物的半稀溶液。非仿射长丝变形的纠缠尺度，热波动的直接相互作用的重正化，和大变形的几何形状系统地考虑。刚性杆的非热解预测的硬化响应被发现是热抑制。相反，我们得到了一个广泛的线性响应制度，支持在聚合肌动蛋白的解决方案，在有限的频率下的剪切硬化的解释，作为耦合到纵向模式的指示。我们观察到大应变（约100%）的不稳定效应，表明剪切带是广泛观察到的体外生物聚合物溶液灾难性崩溃的合理解释，通常归因于网络损坏。结合摩擦型相互作用，我们的分析提供了一个分析上易于处理的框架，以解决生物组织的分子基础上的非线性粘塑性。
2008-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
