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
Polymeric nematics of associating rods: phase behavior, chiral propagation and elasticity
具有吸引性尖端的棒状胶体可以形成线性聚集体，其随后可以经历分级自组装成微流体。受最近有色液晶的建模工作的启发，组成的离散积木，我们制定了可逆的超分子棒的第二维里理论。与有色化合物不同，这些体系能够在高温下形成稳定的非晶相，在不存在聚合的情况下达到单体极限。将尖端电位从吸引性改变为排斥性，因此能够实现从单体到聚合物的微流体的平滑交叉。我们分析了这两个制度的各向同性-双折射相行为，并解决双折射弹性性质。该理论考虑了分子的灵活性和手性的细丝和尊重的内在链长依赖性的顺序。我们还讨论了聚合抑制剂的聚合制度的相行为的影响，并发现抑制剂引起显着缩小的各向同性的双相区域，并产生再入口线虫以及共存相的质量密度反转。最后，我们讨论了棒状聚合物向列相的弹性模量，定性地比较了它们与有色液晶和其他纳米粒子基向列相的弹性各向异性。
2019-10-03 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
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
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 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
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
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
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
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
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
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
Topology Sorting and Characterization of Folded Polymers Using Nano-pores
在这里，我们报告的易位折叠聚合物通过纳米孔使用分子动力学模拟。研究了两个案例;一种是折叠的分子在通过时展开，另一种是当分子通过纳米孔时折叠保持完整。折叠聚合物链的拓扑结构被定义为分子内接触的排列，称为电路拓扑结构。在分子内接触保持完整的情况下，我们表明，通过纳米孔的动态变化的分子具有不同的拓扑结构：一种现象，可以利用丰富的混合物中的某些拓扑结构。我们发现，纳米孔允许读取的拓扑结构的短链。此外，当通道与展开耦合时，纳米孔能够区分纯态，即，大多数触点相同布置的状态。在这种情况下，正如我们在这里所展示的，也可以沿着链读取接触位点的位置。我们的研究结果表明，纳米孔技术的适用性，以表征和排序分子的拓扑结构的基础上。
2016-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
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
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
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
Elasticity can affect droplet coalescence
最近的研究聚合物液滴在固体基质上的聚结报告了强烈的分歧;问题的核心是聚合物液滴的聚结是否类似于牛顿流体，并且独立于分子松弛，或者聚合物链的缠结的作用是否导致不同于牛顿流体的过渡动力学。通过这份报告，我们通过讨论合并方法对控制合并过程的主导力量的影响，即，惯性、耗散和松弛。我们的研究揭示了聚合物液滴的聚结动力学并不是普遍的，事实上，它是偶然的聚结被触发的方法。此外，我们展示了桥梁的空间特征，在不同的时刻，通过相似性分析。在修正的聚合物流体薄膜润滑方程中引入相似参数，从理论上得到了一个通用的桥形。
2022-05-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
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
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
When elasticity affects drop coalescence
液滴的破碎和聚合是界面流动中的基本拓扑转变。当聚合物加入到流体中时，液滴的破裂会发生显著变化。随着聚合物在该过程中的强伸长，在它们最终夹断之前出现连接两个液滴的长线。在这里，我们展示了弹性如何影响滴聚结，补充了大量研究下降夹断。我们揭示了一个弹性奇点的出现，其特征在于由一个发散的接口曲率在聚结点。有趣的是，虽然聚合物决定了聚结的\emph{spatial}特征，但它们几乎不影响桥的\emph{temporal}演变。这些结果解释使用一种新的粘弹性相似性分析，并在生物流体，涂料喷雾和喷墨打印创建的液滴相关。
2021-07-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Segment-Scale, Force-Level Theory of Mesoscopic Dynamic Localization and Entropic Elasticity in Entangled Chain Polymer Liquids
我们开发了一个段尺度，基于力的理论的故障的非纠缠劳斯模型和随后出现的各向同性介观本地化和熵弹性链聚合物液体中的遍历性恢复各向异性爬行运动的情况下。该理论是制定在构象N-动态序参数广义朗之万方程的方法。它是使用场论高斯线程模型的聚合物结构和封闭的普遍方式在链动态二阶矩矩阵的水平。物理思想是，各向同性Rouse模型由于时间持续的分子间接触的动力学出现而失败，所述时间持续的分子间接触由局部链不可交叉性、长程聚合物连接性和链运动的自洽处理以及阻碍它的动态力的综合影响确定。介观局域化长度（管直径）和涌现弹性预测与实验接近定量一致。此外，起始链长的比例与半稀释交叉浓度与一个现实的数值前因子。不同的预测作出各种非对角关联函数，量化的动态本地化的聚合物构象的完整的空间结构。由于局部不可交叉性约束和/或链内结合弹簧被软化，预测管直径膨胀，直到其达到链回转半径，在该点缠结局部化以不连续的方式消失。一个完整的动态相图的破坏介观局域化的构造，这是定性与模拟和聚合的纠缠度的经典概念一致。
2016-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structure and elasticity of model disordered, polydisperse and defect-free polymer networks
无序和多分散聚合物网络的弹性是软物质物理学的一个基本问题，至今尚未解决。在这里，我们通过模拟二价和三价或四价片状颗粒的混合物自组装聚合物网络，这导致类似于实验随机交联系统的指数链长分布。组装完成后，网络连接和拓扑将被冻结，并对生成的系统进行特征化。我们发现网络的分形结构依赖于组装的数密度，但是具有相同平均价和相同组装密度的系统具有相同的结构性质。此外，我们计算的均方位移的长时间限制，也被称为（平方）本地化长度，的交联和链的中间单体，显示长链的动态是很好地描述了管模型。最后，我们找到了在高密度下连接这两个局部化长度的关系，并将交联局部化长度与体系的剪切模量联系起来。
2023-02-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Entropic Elasticity of Twist-Storing Polymers
研究了扭转约束聚合物的统计力学。聚合物被建模为具有弯曲刚度A kT和扭转刚度C kT的波动杆。在这样的模型中，热弯曲波动通过关系Lk = Tw + Wr在几何上耦合到所施加的扭矩。我们探讨这种耦合，并找到我们的模型和最近的实验结果之间的预测一致的单双链DNA分子。该分析提供了微观扭转刚度（在螺旋重复上平均）的实验测定。使用C=109 nm获得理论和实验之间的定量一致性。该理论进一步预测了弯曲波动引起的有效扭转刚度的热降低。最后，我们发现一个小的反射的分子手性的实验数据和解释它的DNA双链体的扭曲-拉伸耦合。
1998-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Elasticity and thermal transport of commodity plastics
商品聚合物的应用经常受到其低导热性的阻碍。在这些系统中，从由弱范德华相互作用决定的标准聚合物到生物相容性氢键智能聚合物，热传输系数k在0.1 - 0.4 W/Km之间变化。结合全原子分子动力学模拟与一些实验，我们研究了热输运及其商品塑料的弹性响应的联系。我们发现，存在一个最大的可达到的刚度（或声波速度），从而提供了一个上限的k为这些固体聚合物。特定的化学结构和玻璃化转变温度在控制k中不起作用，特别是当微观相互作用是基于氢键时。我们的结果与最小热导率模型和现有的实验结果是一致的。还讨论了聚合物拉伸对k的影响。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the statistical physics and thermodynamics of polymer networks: a Eulerian theory for entropic elasticity
本研究提出一种基于统计物理与热力学的欧拉理论，通过全局热力学平衡条件描述聚合物网络分子运动学，构建了优于现有模型的超弹性模型，并揭示了链取向相变引发的双轴不稳定性。
2025-07-15 cond-mat.soft
Entanglement, elasticity and viscous relaxation of actin solutions
用磁驱动旋转圆盘流变仪研究了肌动蛋白溶液的粘度和平台模量。对于纠缠的解决方案，我们观察到的缩放平台模量与浓度的权力为7/5。测得的末端弛豫时间随聚合物长度的变化以3/2的幂增加。我们解释的纠缠过渡和缩放的平台模量的管模型的半柔性聚合物。
1998-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical field theory for nonlinear elasticity of polymer networks with excluded volume interactions
本文基于聚合物自洽统计场论建立细观模型，研究排除体积相互作用对交联聚合物网络非线性弹性的影响，揭示近不可压缩性、应变软化-硬化及局部化失稳。
2023-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular simulations of phase separation in elastic polymer networks
研究通过分子模拟揭示弹性聚合物网络中相分离的微观机制，发现网络结构和长度尺度对有限域形成及大小的影响，为材料设计和细胞凝聚物行为理解提供理论依据。
2025-11-27 cond-mat.soft
Solvable toy model of negative energetic elasticity
本文提出一维随机游走模型研究聚合物链弹性，映射到经典Ising链获得精确自由能，为负能量弹性提供基础基准。
2024-09-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Unified origin of negative energetic elasticity in a lattice polymer chain: soft self-repulsion and bending stiffness
Mie University（三重大学）
本研究通过分析晶格聚合物链的自排斥和弯曲刚性，统一了负能量弹性的两种机制，并揭示了自排斥与弯曲刚性对内能标度的影响。
2026-01-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Non-affine deformation of semiflexible polymer and fiber networks
已知半柔性或刚性聚合物（如大多数生物聚合物）的网络在剪切时不均匀地变形。这种非仿射变形的效果已经被证明比柔性聚合物强得多。到目前为止，我们对这种系统中的非亲和性的理解仅限于模拟或特定的非热纤维2D模型。在这里，我们提出了一个有效介质理论（EMT）的非仿射变形的半柔性聚合物和纤维网络，这是一般的二维和三维，在热和非热的限制。该模型的预测与先前的计算和实验结果线弹性。此外，我们介绍的框架可以扩展到解决非线性弹性和网络动力学。
2023-01-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Scale-dependent non-affine elasticity of semiflexible polymer networks
真核细胞的细胞骨架提供机械支持并控制细胞内运输。这些功能依赖于半柔性蛋白质细丝网络的复杂机械性质。最近的理论兴趣集中在这种网络的介观性质，特别是对力学的局部，非仿射弯曲变形的影响。在这里，我们研究了局部网络变形的影响的尺度依赖的流动性的探测粒子在纠缠网络的半柔性肌动蛋白丝高带宽微流变学。我们发现，在这些网络中的微米尺寸的颗粒经历两个相反的非连续弹性效应：熵耗尽降低了有效的网络刚度，而网络的局部非仿射变形大大提高了在低频率下的刚度。我们表明，一个简单的模型的横向弯曲的细丝嵌入在粘弹性背景导致的缩放制度的表观弹性模量G '（ω）\sim ω^{9/16}，密切匹配的实验。这些结果为半柔性聚合物网络对小物体的感觉如何不同提供了定量证据，并且它们证明了非仿射弯曲变形如何主导细胞中囊泡和细胞器的流动性。
2012-10-31 cond-mat.soft q-bio.SC
Effects of viscoelasticity on shear-thickening in dilute suspensions in a viscoelastic fluid
我们调查以前未澄清的流体弹性剪切增稠稀悬浮液中的Oldrophil-B粘弹性流体使用一种新的直接数值模拟的基础上平滑的配置文件的方法。流体弹性由Weissenberg数Wi和粘度比$1-β=η_p/(η_s+η_p)$确定，粘度比测量聚合物应力和流动之间的耦合：$η_p$和$η_s$分别是聚合物和溶剂的粘度，随着$1-β$的增加，虽然应力与$β\to 1$极限相比没有显著变化，对不同$1-β$的颗粒周围的流动和构象动力学的分析表明，在大的$1-β$下，聚合物应力调节流动，$β$对聚合物应力发展的这种影响表明流体弹性和流动之间的复杂耦合，并且对于理解粘弹性介质中悬浮液中的流变学和流体动力学相互作用是必要的。
2020-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Tensile elasticity of semiflexible polymers with hinge defects
近年来，人们已经清楚地认识到，为了解释在一些重要的生物聚合物中实验观察到的更复杂的行为，需要修改简单的均匀蠕虫状链模型。例如，短ds-DNA的大柔性归因于扭结或铰链缺陷。本文在弱弯曲近似下，解析计算了具有永久铰链缺陷的蠕虫链的力-伸长关系。缺陷的特征在于其弯曲能（在完全柔性的情况下，其可以为零）及其沿着聚合物轮廓的位置。除了链条的弯曲刚度，这些是描述我们模型的唯一参数。我们表明，铰链缺陷导致显着增加的预应力链的微分拉伸柔度。在小的力的限制，铰链缺陷显着增加熵弹性。我们的结果适用于任何一对半柔性段连接的铰链。因此，它们也可能与细胞骨架丝（F-肌动蛋白，微管）有关，其中可以将连接两条丝的交联视为铰链缺陷。
2017-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The elasticity of semiflexible polymers with reversible spontaneous curvature in two dimensions
Kyungpook National University（庆北国立大学）
本文构建二维两态修正蠕虫状链模型，研究具有可逆自发曲率的半柔性聚合物弹性，发现拉伸或弯曲会诱导弹性转变，两种系综弹性响应存在差异，弯曲态刚度更高时拉伸或出现重入转变。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rectified motion of short polymer chain that walks along a ratchet potential that coupled with spatially varying temperature
我们探讨了一个单一的灵活的高分子链，走在一个周期性的棘轮势与空间变化的温度耦合的输运功能。在稳定状态下，聚合物表现出快速的单向运动，其中其电流整流的强度强烈依赖于其弹性强度和尺寸。解析和数值分析表明，可以通过衰减弹性常数的强度来控制聚合物的稳态输运。此外，链电流消失时的失速力与链长和耦合强度无关。远离失速力的链的流动性是强烈依赖于它的大小和灵活性。这些研究结果表明，聚合物的流动性可以通过调整系统参数进行控制，并可能有新的应用聚合物的传输和分选的多组分系统的基础上，他们的主导参数。
2015-07-17 cond-mat.soft
How elasticity affects bubble pinch-off
University of Twente（特文特大学）；Durham University（杜伦大学）
研究粘弹性液体中气泡夹断与液滴夹断的差异，发现稀溶液中气泡夹断不形成细丝，而高浓度下细丝出现且对针头尺寸敏感，通过实验、数值模拟和Oldroyd-B模型揭示了聚合物应力奇异性较弱的原因。
2026-06-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of Chain Structure and Swelling on the Elasticity of Rubbery Materials: Localization Model Description
经典的网络弹性理论是基于柔性无体积聚合物固定到网络中的概念，其中没有排除体积，甚至拓扑相互作用，并且其中链通过布朗运动探索可接近的构型。在这种类型的模型中，网络的弹性来自于网络结点位置的位移引起的熵变化。这种方法的缺点是很明显的观察，未溶胀的橡胶材料几乎是不可压缩的，反映了存在强烈的分子间相互作用，限制了聚合物链的探索其本地管状分子环境。这些固体橡胶材料的变形需要考虑局部分子堆积约束在变形下如何改变，以及这些变化对整个材料宏观弹性的影响。Gaylord和Douglas提出的橡胶弹性的简单局域化模型，为具有较强分子间相互作用的橡胶在致密聚合物状态下的网络弹性提供了一个简单的极小模型。特别强调的是在这个模型的影响，在描述网络的弹性如何变化与溶胀的溶剂，一种现象，从经典的弹性大的偏差已被观察到，并涉及橡胶材料的许多应用程序的相关情况。我们还讨论了基于同一堆积图的纠缠性质，并推导了纠缠与分子参数之间的一般关系，发现我们的预测与最近的实验关联相一致
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer networks which locally rotate to accommodate stresses, torques, and deformation
本文提出一种网络局部旋转假设，统一多种聚合物网络模型并恢复 Arruda-Boyce 8 链模型，同时改善刺激响应网络预测，并揭示多稳态网络相行为的新结果。
2024-12-30 cond-mat.soft
Ring DNA confers enhanced bulk elasticity and restricted macromolecular diffusion in DNA-dextran blends
聚合物结构在缠结聚合物溶液和复合材料的本体流变性能和微尺度大分子动力学中起着关键作用。特别是环状聚合物，由于著名的爬行模型无法捕捉到它们观察到的动力学，一直是争论的话题。宏观流变学和微分动力学显微镜（DDM）是跨尺度确定缠结聚合物动力学的有力方法，但它们通常需要在不同条件下的不同样品，从而防止将本体流变学性质直接耦合到基础大分子动力学。在这里，我们执行macrorheology高度重叠的DNA和葡聚糖聚合物的复合材料，专注于DNA拓扑结构（环与线性链）的作用，以及DNA和葡聚糖的相对体积分数。在相同条件下的相同样品上，我们在批量测量之前和之后立即对嵌入的荧光标记的DNA分子进行DDM和单分子跟踪。我们发现DNA-葡聚糖复合材料表现出意想不到的非单调依赖性的体积粘弹性和分子水平上的传输特性的DNA组成的复合材料的分数，具有强烈依赖于DNA拓扑结构的特性。我们合理化我们的结果所产生的拉伸和捆绑的线性DNA与压实，肿胀，和线程的环驱动的葡聚糖介导的消耗相互作用。
2022-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
The effect of chain polydispersity on the elasticity of disordered polymer networks
由于其独特的结构和机械性能，无规交联聚合物网络在许多不同的领域发挥着重要作用，从细胞生物学到工业过程。为了阐明这些属性是如何控制的网络的物理细节（\textit{e.g.}链长和端到端的分布），我们产生了无序的幻影网络与不同的交联剂浓度$C$和初始密度$ρ_{\rm init}$，并评估其弹性性能。我们发现，在相同的链浓度与相同的$C$，这决定了链的数量和链长分布的网络计算的剪切模量，强烈依赖于网络的制备协议，这里由$ρ_{\rm init}$控制。我们合理化这种依赖性，采用通用的应力-应变关系的聚合物网络，不依赖于特定形式的聚合物端到端的距离分布。我们发现，网络的剪切模量是一个非单调函数的密度的弹性活动股，这种行为有一个纯粹的熵的起源。我们的研究结果表明，如果短链是丰富的，因为它总是随机交联的聚合物网络的情况下，准确的链构象分布的知识是必不可少的正确预测的弹性性能。最后，我们将我们的理论方法应用于已发表的实验数据，定性地证实了我们的解释。
2021-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropic Elasticity of Weakly Perturbed Polymers
考虑到不等价的固定力和固定长度的合奏在弱力制度，状态方程推导出描述的平衡扩展或压缩的一个理想的高斯聚合物链响应于施加的力，以这样的方式，计算出的未拉伸标量端到端的分离是随机线圈的大小，而不是零。从而修改了聚合物链的熵-弹簧模型，使得为了计算的目的，弹簧是有限的而不是零未拉伸长度。这些力的法律被证明是一致的观察从拉伸实验上进行的单个DNA分子，其中所测量的延伸接近非零极限的外力减少。当用来描述单链动力学，这种方法产生一个单一的指数松弛表达式的短高斯链（珠弹簧哑铃），当最初压缩或扩展放松到一个状态，具有随机线圈端部分离，与Rouse模型的结果一致。推导出一个方程，描述了一个带电的，拴在一起的链的拉伸响应到一个弱电场（可能会发生在电泳），计算不可行的传统方法。最后，熵的工作所需的表达式，使链的两端在一起，从随机线圈配置，推导出与胡克的结果。
2001-01-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Comment on "Elasticity Model of a Supercoiled DNA Molecule"
我们进行模拟，数值研究的扭曲分布的刚性聚合物。我们比较了Bouchiat和Mezard（PRL 80 1556-（1998）; cond-mat/9706050）的分析结果。
2001-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
The relationship between viscoelasticity and elasticity
我们考虑模型的弹性液体，如灵活的聚合物的解决方案。它们在系统中引入弛豫时间$λ$，应力在弛豫时间内弛豫。我们研究的问题的运动学，并澄清拉格朗日和欧拉描述之间的关系，从而显示聚合物模型对应于在极限$λ\rightarrow\infty$的非线性弹性形变。这使我们能够将弹性能的变化分解为可逆的和耗散的部分，从而写出总能量的方程，即动能和弹性能之和。作为一个例子，我们展示了如何存在或不存在的弹性限度决定的命运的弹性线程在毛细管不稳定性，使用新的数值方案的基础上，我们的见解流动运动学。
2019-05-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Extensional Instability in Electro-Osmotic Microflows of Polymer Solutions
由于流体的低雷诺数特性，微流体系统中的流体输送通常是层流。悬浮聚合物的加入赋予流体弹性，当发生大量聚合物拉伸时，允许激发不稳定性。对于高分子量的聚合物链，我们发现，通过标准的电渗透泵送可实现的流速足以激发稀释的聚合物溶液中的拉伸不稳定性。我们观察到测量的波动对聚合物浓度的依赖性，其在对应于大分子溶液中的显著分子拥挤的开始的阈值处达到平台;平台发生在远低于重叠浓度的地方。我们的研究结果表明，复杂流体的电渗流从稳定的政权，建议潜在的增强混合，并需要小心模拟复杂的液体，如生物聚合物悬浮液的流动。
2010-02-24 cond-mat.soft
