Fracture and fatigue of entangled and unentangled polymer networks
聚合物链的缠结在弹性体、凝胶和生物组织中普遍存在。虽然链缠结对聚合物网络的弹性和粘弹性的影响已经被深入研究，但链缠结如何影响聚合物网络的断裂和疲劳仍然是一个谜。本文以聚丙烯酰胺水凝胶为模型材料，系统地比较了不同链缠结度的聚合物网络的断裂韧性和疲劳阈值。我们发现未缠结的聚合物网络的断裂韧性和疲劳阈值几乎相同，尽管未缠结的聚合物网络仍然包含包括拓扑缺陷的非理想特征（即，悬挂链和环状环）和结构异质性（即，不均匀的链长和不均匀的官能度）。相比之下，缠结聚合物网络的断裂韧性可以比其疲劳阈值高十倍以上（高达16倍），这表明由于链缠结而显著的韧性增强。与传统的聚合物网络的体耗散增韧不同，链缠结增韧需要低的应力-拉伸滞后（<10%）。我们归因于一种新的耗散机制，在缠结聚合物网络的韧性增强，近裂纹耗散，这可能是由拔出链和离域损伤的链周围的裂纹尖端。
2021-12-23 cond-mat.soft
Efficient equilibration of confined and free-standing films of highly entangled polymer melts
含有高度缠结的长链聚合物熔体在限制或自由表面的平衡是一个挑战的计算机模拟。我们首先研究聚合物熔体的基础上的软球粗粒模型限制在两个壁之间的周期性边界条件，在两个方向上平行的墙壁。然后，我们应用反向映射重新插入底层珠弹簧模型的微观细节。通过调节壁面势的强度，即使在壁面附近，处于平衡状态的受限聚合物熔体的单体密度也保持在体密度。在一个弱的限制制度，我们观察到相同的构象性质的链在散装熔体表明，我们的限制聚合物熔体已达到其平衡状态。我们的方法提供了一种有效的方法来平衡具有不同厚度的大聚合物膜，并且不限于特定的底层微观模型。在垂直于壁的方向上关闭壁电势，使得能够研究独立的高度缠结的聚合物膜或具有一个支撑基底的聚合物膜。
2020-09-18 cond-mat.soft
Elongational viscosity of weakly entangled polymer melt via coarse-grained molecular dynamics simulation
采用粗粒分子动力学模拟研究了弱缠结线型聚合物熔体的拉伸流动。本文推广了Nicholson和Rutledge（D. A. Nicholson和G. C. Rutledge，J. Chem. Phys.，145，244903（2016））用于应用于Langevin动力学。我们成功地观察到的拉伸粘度的弱缠结线性聚合物熔体从平衡态的稳态使用扩展的UEF方法，而传统的矩形平行六面体形状的拉伸流动的技术已经失败了超过20年。
2018-09-05 cond-mat.soft
Direct measurement of the intermolecular forces confining a single molecule in an entangled polymer solution
我们使用光镊直接测量由周围缠结聚合物（115 kbp DNA，1 mg/ml）施加的作用于单个聚合物的分子间力。根据爬行模型的关键假设，测量了一个管状的封闭场。一个与时间相关的谐波势反对横向位移，符合最近的模拟结果。确定管半径为0.8微米，接近预测值（0.5微米）。三种弛豫模式（~0.4，5和30秒）测量后的横向位移，与预测的弛豫机制。
2007-06-25 cond-mat.soft
Entangled-to-packed crossover in nonlinear extensional rheology of entangled polymers
Tsinghua University（清华大学）
研究揭示了纠缠聚合物在非线性延伸流变学中应变诱导的纠缠到紧密排列的交叉现象，通过模拟展示了链伸长饱和后通过对流流动和链对齐释放纠缠的过程，并提出了基于链内构象和链间摩擦的应力计算方法。
2026-11-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Tube width fluctuations of entangled stiff polymers
刚性聚合物在缠结溶液中的管状笼已被证明具有特征性的空间不均匀性。我们用一个系统的理论来解释这些观测结果，该理论是对D. Morse（Phys.Rev.E63：031502，2001）。用局部的二元碰撞近似（BCA）计算了约束强度的分布，并预测了管半径涨落的大小和分布函数。我们的主要结果是一个独特的缩放函数的管半径分布，与实验和模拟数据吻合良好。
2011-09-29 cond-mat.soft
Capillarity-driven thinning dynamics of entangled polymer solutions
我们分析了由Doi-Edwards-Marrucci-Grizzuti（DEMG）模型和Rolie-Poly（RP）模型描述的缠结聚合物溶液的毛细作用驱动的变薄动力学。这两种模型捕获聚合物蠕动，有限速率的链收缩和有限的扩展性的单个聚合物分子，而略有不同，在其最终形式的对流约束释放。我们计算数值的细丝变薄的配置文件预测的两个模型与现实的纠缠密度，假设圆柱形细丝的形状和没有流体惯性。这两个结果揭示了早期管重取向制度，其次是一个简短的中间弹性毛细制度，最后是有限的可延伸制度接近夹断奇点。在这项工作中提出的结果揭示了两个关键的功能，从以前的实验研究中已经报道的缠结聚合物溶液的瞬态拉伸流变学，但被广泛使用的FENE-P模型描述不佳。首先，从毛细管破裂拉伸流变仪得到的松弛时间是显着小于从稳态剪切流变仪。它们的比值可以表示为纠缠态和聚合物浓度的普适函数，这与一系列纠缠聚合物溶液的实验数据吻合得很好。第二，在足够高的聚合物浓度的长丝变薄动力学是由管在中间应变速率的重新取向，和表观拉伸粘度显示出显着的速率变薄响应。最后，我们评估的细丝变薄动力学的聚环氧乙烷水溶液（1 MDa）在稀释和纠缠制度。随着浓度的增加，配置文件偏离了良好的研究指数变薄的趋势超过纠缠阈值，变得越来越幂律的字符。
2022-06-14 cond-mat.soft
Microscopic Theory for the Dynamics of Unentangled and Entangled Polymer Melts
合作动力学的朗之万方程代表了聚合物熔体的动态与链的聚合度增加，涵盖了整个范围的行为从非纠缠的纠缠政权。该方程描述了一组互穿聚合物的运动，所述互穿聚合物通过有效势相互作用，所述有效势由高分子液体内部的聚合物间势的多体耦合产生。由于纠缠的存在而导致的动力学的限制由有效单体间势来解释，该有效单体间势为零，直到属于不同链的两个单体之间的距离达到特征值d。在该距离处，通过有效的硬核排斥施加约束，该硬核排斥表示缠结在减缓单体的相对扩散中的效果。随着时间的推移，由于链的相互扩散，约束松弛。相同的电势作用于未缠结和缠结的聚合物链，但短链不受影响，因为它们的松弛速度比它们经历的电势的存在更快。与中子自旋回波实验的聚乙烯熔体的比较表明定量协议的理论与时间相关的非相干散射函数的各种样品中的非纠缠和纠缠制度。
2015-09-28 cond-mat.soft
Relating Chain Conformations to Extensional Stress In Entangled Polymer Melts
非线性拉伸流动在聚合物加工中很常见，但在理论上仍然具有挑战性，因为链的剧烈拉伸使缠结网络远离平衡变形。在这里，我们提出了粗粒度的模拟的拉伸流动在缠结聚合物熔体的Rouse-Weissenberg数$Wi_R=0.06$ - $52$和Hencky应变$ε\geq6$。模拟再现了拉伸粘度随时间、速率和分子量的实验趋势。分子结构的研究表明，随着$Wi_R$的增加，限制管的伸长和变薄。在平衡纠缠长度处，应力的增加与链熵的减小在数量上是一致的。粘度的分子量依赖性趋势与从牛顿极限到高速率极限的交叉有关，该交叉随链长不同地缩放。
2018-06-25 cond-mat.soft
A non-monotonic constitutive model is not necessary to obtain shear banding phenomena in entangled polymer solutions
在1975年，Doi和Edwards预测缠结的聚合物熔体和溶液可以具有本构不稳定性，其由大于蠕动时间的倒数的剪切速率的减小的应力表示。实验并不支持这一点，更复杂的理论结合了Marrucci（1996）的想法，即通过平流消除约束;这产生了单调增加的应力，从而产生了稳定的本构行为。最近的实验表明，纠缠聚合物溶液可能具有本构不稳定性，并导致一些工作者质疑现有本构模型的有效性。在这封信中，我们使用一个简单的现代本构模型的纠缠聚合物，非拉伸Rolie-Poly模型与溶剂粘度增加，并表明：（1）不稳定性和剪切带是捕捉在这类简单的模型;（2）剪切带现象是可观察到的弱稳定流体的流动几何形状，施加一个充分不均匀的总剪应力;（3）瞬态现象可以具有类似剪切带的不均匀性，即使对于弱稳定流体也是如此。这些结果中有许多是与模型无关的。
2008-12-14 cond-mat.soft
Multiscale Simulation of History Dependent Flow in Polymer Melt
我们已经开发了一种新的多尺度模拟技术，调查历史相关的纠缠聚合物熔体的流动行为，使用平滑粒子流体动力学模拟与微观模拟器，占纠缠聚合物的动态作用于每个流体元素。将多尺度模拟技术应用于二维周期系统中聚合物熔体绕圆形障碍物的缠绕流动。研究发现，缠结聚合物熔体的应变率历史依赖的应力影响其流动行为，应力的记忆性导致非线性行为，即使在${\rm Wi} \le 1$的区域。还研究了纠缠态$<Z>$的空间分布。在障碍物周围观察到稍低的纠缠区域，并发现在下游区域加宽。
2011-03-09 cond-mat.soft
Density effects in entangled solutions of linear and ring polymers
本文采用分子动力学的计算机模拟方法，研究和比较了线性和圆形（环）高分子链在不同密度的纠缠溶液中的静态和动态特性。虽然我们证实，线性链构象服从高斯统计在所有密度，环往往起皱变得越来越紧凑，密度增加。相反，链单体之间的接触频率取决于两个链拓扑结构的解决方案密度。平衡时链的松弛也取决于拓扑结构，环状聚合物比线性聚合物松弛得更快。最后，我们讨论了局部粘弹性的解决方案，分散的胶体状颗粒的扩散是显着更快的环的情况下。
2015-12-03 cond-mat.soft
Measuring structural parameters of crosslinked and entangled semiflexible polymer networks with single-filament tracing
单丝示踪是一种直接测定缠结聚合物网络几何和力学性质的有价值的工具。然而，系统地验证示踪剂细丝的刚度或其与周围网络的分子相互作用如何影响这些参数的测量，用已建立的实验系统是不可能的。在这里，我们使用机械可编程的DNA纳米管嵌入交联和缠结的F-肌动蛋白网络，以及在合成的DNA网络，以测量基本的，结构网络特性，如管的宽度和网格大小相对于示踪剂的刚度。虽然我们证实了一些预测来自纯粹基于空间相互作用的模型，我们的研究结果表明，这些模型应该扩展到考虑额外的丝间相互作用，从而描述真实的聚合物网络的行为。
2020-12-23 cond-mat.soft
Rethinking the Transient Network Concept in Entangled Polymer Rheology
缠结聚合物液体的经典流变学理论建立在两个支柱上：缠结链的高斯统计和应力完全来自于分子内构型熵变化的假设。我们发现，这两个假设不支持聚合物熔体的分子动力学模拟。具体而言，在纠缠长度尺度及以下的段分布函数偏离理论预测，在平衡和变形状态。进一步的构象分析表明，在缠结长度尺度上的链内熵应力远小于总应力，表明链间熵的贡献相当大。最后，在变形和应力松弛过程中，缠结链熵应力与宏观应力之间的关系呈现出经典理论无法解释的分叉现象。
2019-06-11 cond-mat.soft
Primitive chain network simulations of the creep of entangled polymers
Nagoya University（名古屋大学）；Università degli Studi di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）
本研究通过修改原始链网络模拟，探讨了纠缠聚合物在蠕变条件下的行为，发现应力控制模式下解缠较温和。
2025-08-03 cond-mat.soft
Fluidification of Entangled Polymers by Loop Extrusion
本研究通过模拟发现，环挤压因子（LEF）通过形成瓶刷状结构主动流化缠结线性聚合物，显著降低DNA缠结与有效粘度，并揭示其最佳作用密度及粘度与聚合物长度的线性标度关系。
2024-08-13 cond-mat.soft
Flow-History-Dependent Behavior in Entangled Polymer Melt Flow with Multiscale Simulation
聚合物熔体表现出与流动历史相关的行为。为了清楚地表明这种行为，我们研究了缠绕的聚合物熔体围绕两个圆柱体的流动行为，这两个圆柱体沿着二维周期系统中的流动方向串联放置。在该系统中，下游侧的圆柱体周围的聚合物状态与上游侧的另一圆柱体周围的聚合物状态不同，因为前者具有在上游侧的圆柱体周围通过时经历的应变的记忆，而后者没有记忆。因此，两个圆柱体周围的剪应力分布是不同的。此外，我们还发现，当所施加的外力一定时，平均流速随两圆柱之间距离的增加而减小。虽然这种行为与牛顿流体的行为一致，但流动历史相关的行为增强了流动阻力的降低。
2011-10-05 cond-mat.soft
Entangled polymer complex as Higgs phenomena
在拓扑场论的理论框架下，我们导出了一个有效的纠缠聚合物复合物在拓扑约束下的Maxwell-London方程。我们发现，测试聚合物链的横向电流通量，包围纠缠链，指数衰减从其平均位置与有限的穿透深度，这是类似的超导体（SC）中的磁场衰减。就像SC中光子的质量获得是磁场衰减的起源一样，由于保留的连接数，聚合物沿着链获得不可交叉的交叉点，这限制了横向聚合物电流在正常方向上的偏差。有趣的是，这幅图很好地结合了最成功的现象学理论，即所谓的管模型，研究人员长期以来一直在研究其微观起源。我们的运动方程与管模型的对应关系表明，限制管势是拓扑约束（链接数）的结果。管半径归因于衰减长度，并且增加交叉点处的缩回力或增加交叉点的数量（连接数），管变得更窄和更紧。计算结果进一步表明，管道泄漏概率随管道半径的衰减长度呈指数衰减。
2015-04-17 cond-mat.soft
Pathological Rheology of Non-Stretching Entangled Polymers: Finite-Time Blow-Up Predictions
针对非拉伸近似导致RP模型在简单流动中剪切速率有限时间发散的问题，本文分析两类流动并指出将近似扩展至二阶精度可消除其与完整模型的差异。
2024-10-23 cond-mat.soft
Comment on: "Relating Chain Conformations to Extensional Stress in Entangled Polymer Melts"
基于非平衡分子动力学模拟的缠结聚合物熔体，最近的信[物理。$\textbf{121}$，047801（2018），arXiv：1806.09509]声称，上升的拉伸应力与平衡纠缠长度下链的熵减小在数量上一致。我们指出，恰恰相反的是真实的：链内熵应力所产生的个别纠缠股一般不同意总的“宏观”的压力。该信的结论是基于对有限范围的模拟弹道进行的不完整和有问题的分析。如果他们以适当的方式检查了完整的模拟轨迹，那么从他们的数据中应该得出相反的结论。
2018-08-16 cond-mat.soft
Developments in Multi-Chain Coarse-Grained Models for Entangled Polymer Dynamics
Nagoya University（名古屋大学）
本文综述了多链粗粒化模拟在纠缠聚合物动力学中的发展与应用，重点介绍了原始链网络模型和多链滑弹簧模型，探讨了线性和非线性流变学预测及分子机制。
2026-03-30 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
Chain retraction in highly entangled stretched polymer melts
我们使用计算机模拟来研究松弛的强烈变形的高度纠缠的聚合物熔体在非线性粘弹性制度，侧重于各向异性链构象等容伸长后。Doi-Edwards管模型及其GLaMM延伸，结合轮廓长度波动和对流约束释放，预测聚合物链延伸在所有方向上的收缩，在变形后立即设置。这一预测受到了实验、模拟和其他理论研究的挑战，质疑了管概念的普遍有效性。对于很长的链，我们观察到的初始收缩的链延伸平行和垂直于拉伸方向。然而，这种影响明显弱于GLaMM模型的预测。我们还表明，2D散射函数的扩展的第一各向异性项定性同意GLaMM模型的预测，提供了一个选项，直接实验测试。
2018-11-20 cond-mat.soft
Low-entangled UHMWPE melt: analytical model and computer simulations
在这项工作中，我们开发了一个理论模型来描述聚合的非常长的大分子与同时沉淀。作为我们模型的参考系，我们考虑UHMWPE聚合过程，通过均相催化和分子量高于$10^6$单体。我们推导出系统中的纠缠长度的时间依赖性，并评估聚合速率和引发剂的分数如何影响这种依赖性。我们发现，引发剂的分数的减少导致增加的平均缠结长度在完全聚合后的熔体中。计算机模拟结果的支持，并在原则上可以适用于广泛的聚合材料，结晶和无定形。
2020-01-15 cond-mat.soft
Worm Blobs as Entangled Living Polymers: From Topological Active Matter to Flexible Soft Robot Collectives
本研究聚焦活体蠕虫形成的缠结活性软实体蠕虫团，分析其构象缠结特性与多态涌现行为，提出需重审聚合物物理软物质概念，为活性聚合物、拓扑活性物质及仿生缠结软体机器人集群设计提供指导。
2023-04-29 cond-mat.soft
Evidence that self-similar microrheology of highly entangled polymeric solutions scales robustly with, and is tunable by, polymer concentration
我们报告的观察一个显着的缩放行为相对于浓度的被动微珠流变两个高度纠缠的聚合物溶液，聚环氧乙烷（PEO）和透明质酸（HA）。这种行为先前已有报道[Hill等人，PLOS ONE（2014）]用于人肺粘液，一种复杂的生物水凝胶，激发了目前对合成聚合物溶液PEO和HA的研究。该策略是识别并集中在宽范围的滞后时间$τ$内，对于该滞后时间，被动微米直径珠粒表现出自相似（分数，幂律）均方位移（MSD）统计。对于肺粘液，PEO在三个不同的分子量（Mw），HA在一个Mw，我们发现整体平均MSD的形式${\langle}Δr^{2}(τ){\rangle} = 4D_ατ^α$，所有在一个共同的带，[1/60秒，3秒]，滞后时间$τ$。我们采用MSD幂律参数$(D_α,α)$分类的高度纠缠的浓度范围内的每个聚合物溶液。通过广义Stokes-Einstein关系，幂律MSD意味着对于频率$1/τ$，[0.33 sec $^{-1}$，60 sec $^{-1}$ ]的幂律弹性$G'(ω)$和粘性$G''(ω)$模量。一个自然的问题围绕着决定$D_α$和$α$的聚合物性质，例如聚合物浓度c、Mw和刚度（持久长度）。在[Hill等人，PLOS ONE（2014）]，我们显示MSD指数$α$随浓度线性变化，而前因子$D_α$随浓度呈指数变化，即分类器数据的半对数图$(log(D_α),α)(c)$是共线的。…
2018-10-15 cond-mat.soft
Influence of weak reversible cross-linkers on entangled polymer melt dynamics
在本文中，我们研究了一个系统的纠缠链，承担可逆的交联在熔融状态。交联键均匀地拴在每条链的主链上。一个滑动链接型模型的系统，并解决了松弛模量。缠结和可逆交联剂的影响被建模为离散形式的约束，影响原始路径的运动。与非缔合缠结系统相比，模型计算表明，弹性模量具有更高的第一平台和延迟的终端松弛。这些效应归因于受束缚可逆连接体影响的缠结链的演变。当连接体存活时间$τ_s$大于缠结时间$τ_e$但小于Rouse时间$τ_R$时，求解该模型。
2017-12-11 cond-mat.soft
Influence of Dispersity on the Relaxation of Entangled Polymers from Molecular Dynamics Simulations
本文利用非平衡分子动力学模拟，揭示分散度对中等缠结聚合物熔体在高应变速率变形及流动停止后各向异性应力与构象松弛的复杂调控机制。
2025-07-28 cond-mat.soft
Facile equilibration of well-entangled semiflexible bead-spring polymer melts
应用双桥杂化（DBH）方法对模拟缠结聚合物熔体进行平衡[R. Auhl等人，J.Chem.Phys.v.119，p.12718，2003]随着链刚度增加到半柔性状态而失去其有效性，因为与双桥Monte Carlo移动相关的能垒变得过高。在这里，我们克服了这个问题相结合的DBH与核心软化对电位的使用。这大大降低了能垒，使我们能够平衡熔体与$N \simeq 40 N_e$和链刚度一直到各向同性-无规转变使用模拟不超过1亿的时间步长。对于半柔性链，我们的方法是几倍的速度比标准DBH，我们利用这种加速开发改进的Kremer-Grest熔体的链刚度依赖的库恩长度$\ell_K$和纠缠长度$N_e$的表达式。
2021-11-18 cond-mat.soft
Single Chain Slip-Spring Model for Fast Rheology Simulations of Entangled Polymers on GPU
本文在Likhtman [A. E. Likhtman，Macromolecules，38，6128（2005）]，用于在GPU上缠结聚合物的快速流变学模拟。为了在GPU上进行有效的计算，我们稍微修改了原始的滑动弹簧模型。我们的模型被设计成满足细致平衡条件，这使我们能够很容易地分析其静态或线性响应特性。我们从理论上分析了模型的一些统计特性，如线性响应，这将有助于分析模拟数据。我们表明，我们的模型可以重现几个流变特性，如线性粘弹性或粘度增长定性。我们还表明，使用GPU可以大大提高性能。
2011-06-15 cond-mat.soft
Stress Relaxation in Entangled Polymer Melts
我们提出了一套广泛的模拟结果的应力松弛平衡和步骤应变珠弹簧聚合物熔体。这些数据使我们能够探索链的动力学和剪切松弛模量，$G(t)$，进入平台制度的链与$Z=40$纠缠和终端松弛制度的$Z=10$。利用已知的非纠缠链的（Rouse）迁移率和通过我们系统的微观拓扑态的原始路径分析确定的熔体纠缠长度，我们对几种不同的管模型进行了无参数测试。我们发现很好的协议的Likhtman-McLeish理论使用双蠕动近似的约束释放，如果我们删除的贡献的高频率模式的轮廓长度波动的原始链。
2010-05-25 cond-mat.soft
Molecular dynamics simulations of active entangled polymers reptating through a passive mesh
在这项工作中，我们探讨了积极的纠缠链的动力学使用分子动力学模拟的一个修改后的Kremer-Grest模型。为了避免约束释放效应，活性链被稀释在一个很长的被动线性链的网格中，并以沿着原始路径赋予恒定极性漂移速度的方式向单体施加一个主动力.模拟结果表明，在很宽的活性值范围内，链和管的构象性质不受影响，但是链条的动力学被严重改变。尽管没有一个明确的管，模拟验证了所有的预测理论对所有可能的观测非常准确，包括扩散系数，成为独立的分子量在中等值的活动。总的来说，这项工作提供了新的信息，积极纠缠聚合物的研究，给出了路线图研究这种现象和一种有效的方法来获得一个极性活动，再现了物理学的积极爬行理论。
2022-10-30 cond-mat.soft
Dynamical Entanglement and Cooperative Dynamics in Entangled Solutions of Ring and Linear Polymers
了解缠结如何影响聚合物复杂流体的行为在许多领域都是一个公开的挑战。为了阐明稠密聚合物溶液中纠缠的性质和后果，我们提出了一种新的方法：“动态纠缠分析”（DEA），从纠缠链的成对位移关联中提取时空纠缠结构.通过将这种方法应用于大规模线性和无结，非级联环聚合物的分子动力学模拟，我们发现了一个强大的和意想不到的合作动力学：纠缠链之间的相互夹带的足迹。我们表明，DEA是一个强大的和敏感的探针，揭示了以前未被注意到的，和建筑相关的，时空结构的动态纠缠在聚合物溶液。我们还提出了一个平均场近似我们的分析，提供了以前未得到充分重视的物理见解到通用纠缠聚合物的动力学。我们设想DEA将是有用的，以分析在通用聚合物系统，如共混物和复合材料的纠缠的动态演变。
2020-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Entangled Polymeric Fluids in Two-roll Mill studied via Dynamic Light Scattering and Two-color flow Birefringence. I. Steady flow
我们提出了一系列的高分子量，纠缠的聚苯乙烯溶液进行“混合”的剪切和拉伸流型产生的同向旋转的两辊轧机的实验结果。对于稳态流动以及从静止开始流动，我们使用两种不同的光学方法来研究纠缠聚合物流体的动力学：双色流动双折射（TCFB）和动态光散射（DLS）。使用TCFB方法，我们测量了溶液中光轴的双折射$Δn$和取向角$χ$，从而测量了广义粘度函数$η$（使用应力-光学关系）。在与TCFB测量相同的流动条件下，应用DLS方法测量聚合物溶液的速度梯度、\gdot和流动类型参数$λ$。对于低变形率的对称性的流场减少与使用聚合物流体相比，所看到的与牛顿流体。一个分子本构Doi-Edwards-Marrucci-Grizzuti（DEMG）模型，其中包括聚合物链拉伸的影响，已被用来数值模拟预测$Δn$，$χ$，和$η$在稳定的流动条件下的聚苯乙烯流体与\gdot和$λ$，通过DLS测量，作为输入到模型。DEMG模型的预测与实验结果的详细比较表明，该模型的工作定性以及定量的低和中等的变形率，但在高速率的变形预测一个更强的链拉伸比实验观察到的失败。聚合物的分子量和每链的缠结数的影响被突出。
2000-06-18 cond-mat.soft
Optical tweezers microrheology maps the dynamics of strain-induced local inhomogeneities in entangled polymers
光镊微流变学（OTM）提供了一种强有力的方法来探测复杂的软物质系统，如网络的纠缠聚合物，在广泛的时空尺度的非线性响应。OTM还可以独特地表征导致这些系统表现出的有趣的非线性流变特性的微观结构动力学。然而，OTM测量中的应变，通过光学迫使微探针通过材料，诱导网络的不均匀性和周围的应变路径，和所得的流场复杂的系统的测量响应。通过一组强大的定制设计的OTM协议，再加上建模和分析计算，我们表征的时变不均匀性引起的OTM测量领域。我们表明，应变后均匀化不干扰系统的内在应力松弛动力学，而是它表现为一个独立的组成部分，在应力衰减，即使在高度非线性制度，如微流变LAOS（mLAOS）协议，我们介绍。我们的具体结果表明，类罗斯弹性回缩，而不是解缠结和脱离，主导缠结聚合物在微观和介观尺度的非线性应力松弛。因此，我们的研究开辟了在广泛的复杂大分子系统上进行精确的非线性微流变测量的可能性，例如mLAOS。
2019-06-01 cond-mat.soft
Revisiting the semi-flexible entangled chains of polymer in the carbyne model
对蒙特卡罗碳炔模型进行了修正，研究了半柔性缠结高分子链的玻璃化转变。在考虑硬势的情况下，采用Metropolis算法对单体间的随机轰击进行了监测，而单体的迁移率则受其质量、散射率和温度的影响。我们的模型是能够表明，玻璃化转变温度降低，减少膜厚度和形成的临界空隙在较薄的聚合物有助于玻璃化转变，这是比本体聚合物容易得多。
2018-07-02 cond-mat.soft physics.comp-ph
Dynamics of Entangled Polymeric Fluids in Two-roll Mill studied via Dynamic Light Scattering and Two-color flow Birefringence. II. Transient flow
我们提出了一个广泛的实验研究的双折射和速度梯度组件的一系列高分子量，灵活的，纠缠的聚苯乙烯的解决方案进行瞬态启动流在一个同向旋转的两个磨几个韦森伯格数。在聚合物的微观结构中的时间依赖性的变化，如通过双色流动双折射技术测量的，示出了非常明显地耦合与相应的速度场的瞬态响应，通过动态光散射技术测量。正如预期的那样，聚合物变形引起牛顿流场的实质性修改。结果，速度梯度分量和流型参数的测量值都减小，从而大大降低了拉伸强度或相对于牛顿流体的速度场在停滞点处测量的Weissenberg数。虽然两个聚合物的流动和流动对聚合物的动力学的影响是非常复杂的，他们的个人行为和它们之间的紧密耦合被证明是不变的聚合物浓度和分子量的变化，提供的缠结的数量每个链，$N_e$是固定的。瞬态结果对$N_e$的依赖性与在相同聚合物流体的稳态实验中发现的非常相似（Sanyal、Yavich和Leal，准备中的手稿，2000年）。本文中提出的结果与最近的理论预测（Remmelgas和Leal，J.非牛顿流体力学。{ \bf 90}，187，2000）使用基于蠕动的矢量模型在定性上接近一致。
2000-06-24 cond-mat.soft
A simple scaling derivation of the shear thinning power law exponent in entangled polymer melts
这篇论文已被作者撤回，因为它的最终版本发表在：N。法特库林角Mattea，S. Stapf，Polymer 52（2011）3522.
2011-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-banding and superdiffusivity in entangled polymer solutions
利用高分辨率共聚焦流变仪，我们研究了在大振幅振荡剪切（LAOS）下，在一个直线平面剪切池中的缠结DNA溶液的剪切剖面。随着Weissenberg数（Wi）的增加，我们观察到连续的过渡，从正常的牛顿线性剪切剖面壁滑移为主的剪切剖面，最后剪切带剖面在高Wi。为了研究所观察到的剪切带的微观起源，我们研究了嵌入在DNA溶液中的微米级示踪剂的动力学。令人惊讶的是，在剪切框架中的示踪剂颗粒表现出瞬态超扩散和强大的动态异质性。粒子位移的概率分布函数遵循幂律缩放在大位移，表明列维行走型运动，让人想起示踪剂动力学纠缠蠕虫状胶束溶液和剪切胶体玻璃。我们进一步表征的长度和时间尺度与示踪粒子的异常动力学。我们假设，不寻常的粒子动力学产生本地剪切诱导链解纠缠。
2017-12-07 cond-mat.soft
Dynamically Heterogeneous Relaxation of Entangled Polymer Chains
缠结的聚合物液体变形后的应力松弛被认为是受到链缠结的瞬时重整的影响。在这项工作中，我们使用单分子技术来研究单个聚合物在从非纠缠到纠缠溶液的过渡状态下的弛豫。我们的研究结果揭示了聚合物弛豫行为的动态异质性的出现，包括由单模和双模指数弛豫过程描述的不同的分子子种群。较慢的双模时间尺度$τ_{d,2}$是一致的特征爬行时间，而单模时间尺度$τ_s$和快速的双模时间尺度$τ_{d,1}$归因于局部区域的瞬态解纠缠由于变形。
2018-05-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of Equilibration on Primitive Path Analyses of Entangled Polymers
我们使用最近开发的原始路径分析（PPA）方法来研究模型聚合物系统中的纠缠密度的平衡的影响。两种常用的平衡方法的N_e值相差两到三倍，即使这两种方法产生类似的大规模链统计。我们发现，在平衡差的样品中的局部链拉伸增加纠缠密度。N_e随时间的演化表明，随着局域拉伸的弛豫，许多纠缠通过快速过程如链收缩而丢失。将熔融态淬火成玻璃对N_e影响不大。短尺度结构的平衡依赖性差异对银纹扩展率的影响远小于N_e的PPA值差异的预期。
2005-10-23 cond-mat.soft
Equation of State Based Slip Spring Model for Entangled Polymer Dynamics
发展了一种基于混合粒子和场的介观布朗动力学方法来模拟缠结聚合物熔体。聚合物珠由几个库恩段，和它们的运动是由样品的亥姆霍兹能量，这是一个总和的熵弹性链之间的珠，滑动弹簧，和非键相互作用。缠结效应由滑动弹簧引入，滑动弹簧是连接相同链上的不连续珠或不同聚合物链上的珠的弹簧。滑动弹簧的终端位置在模拟过程中通过动力学蒙特卡罗跳跃方案改变，在链端的滑动弹簧具有速率控制的创建/破坏过程。的速率常数是一致的自由能函数，并满足微观可逆平衡。非键相互作用的自由能是从一个适当的状态方程，它是计算作为一个功能的局部密度通过正交网格通过模拟箱;占它是必要的复制正确的聚合物材料的可压缩性。介观模型调用的参数来自实验体积和粘度数据或原子分子动力学模拟，建立一个“自下而上”的预测框架进行特定化学聚合物系统的滑簧模拟。实施的情况下，顺式-1，4-聚异戊二烯，其结构，动力学，热力学和线性流变学在熔融状态下的定量预测和验证，而无需后验拟合的结果，实验测量的介观模拟方法。
2017-03-27 cond-mat.soft
Persistence length and plateau modulus of semiflexible entangled polymers in primitive chain network simulations
Nagoya University（名古屋大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Università degli Studi di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）
本研究通过扩展原始链网络模型，揭示了半柔性缠结聚合物的平台模量与持久长度之间的关系为G₀~L_p^(2/3)，并验证了实验结果。
2024-11-08 cond-mat.soft
Dynamics of semi-flexible polymer solutions in the highly entangled regime
我们提出的实验证据表明，由D. C. Morse [Phys. Rev. E { \bf 63}，031502，（2001）]提出的有效介质近似（EMA）提供了宏观平台模量$G^{0}\proptoρ^{4/3}L^{-1/3}_{p}$的正确标度律（其中$ρ$是每单位体积的轮廓长度，$L_{p}$是持久长度），在高度纠缠的浓度范围内。竞争的理论，包括自洽的二元碰撞近似（BCA），而不是预测$G^{0}\proptoρ^{7/5}L^{-1/5}_{p}$。我们已经测试了EMA和BCA缩放预测使用肌动蛋白丝（F-肌动蛋白）的解决方案，允许实验控制$L_p$独立于其他参数。被动视频粒子跟踪微流变学和动态光散射的组合产生的弹性模量$G$和$L_{p}$分别独立的测量。因此，我们可以区分这两个建议的法律，在以前的实验研究，重点是（歧视性较低）的浓度功能的$G$。
2008-10-17 cond-mat.soft
Simulation of Entangled Polymer Solutions
我们提出了一个计算机模拟的纠缠聚合物溶液在平衡状态。链通过软高斯势相互排斥，适用于相关斑点尺度下的半稀溶液。抑制链交叉的关键创新是使用主链的伪连续模型，该模型有效地在链上的连续点之间不留间隙，这与通常的珠和弹簧模型不同。我们的算法是足够快的观察纠缠制度使用标准的台式计算机。模拟的结构和力学的相关性是在公平的协议与预期的预测纠缠链的半稀溶液。
2017-01-07 cond-mat.soft physics.comp-ph
Polymer Entanglement Dynamics: Role of Attractive Interactions
缠结聚合物的耦合动力学跨越广泛的时间和长度尺度支配着聚合物独特的粘弹性。为了遵循链流动性的数值模拟从中间劳斯和爬行制度的后期时间扩散制度，高度粗粒度的模型与单体之间的纯排斥相互作用被广泛使用，因为它们是计算上最有效的。在这里，使用大规模分子动力学模拟的效果，包括吸引力的相互作用的单体之间的缠结聚合物熔体的动力学首次在宽的温度范围内进行了探索。有吸引力的相互作用对所有温度T的局部堆积和T高于约两倍的玻璃化转变Tg的链流动性几乎没有影响。这些结果，在很宽的分子量范围内，表明为了研究缠结聚合物熔体的动力学，可以将相互作用视为纯排斥，从而证实了先前研究的有效性，并为新的大规模数值模拟开辟了道路。
2016-10-03 cond-mat.soft
Crossover Time in Relative Fluctuations Characterizes the Longest Relaxation Time of Entangled Polymers
在缠结聚合物体系中，存在几个特征时间尺度，如缠结时间和脱离时间。在分子模拟中，最长的弛豫时间（脱离时间）可以通过链段的均方位移（MSD）或剪切弛豫模量来确定。在这里，我们提出了相对波动分析方法，这是最初开发的用于表征大的波动，以确定最长的弛豫时间从质心轨迹的聚合物链（时间平均的MSD）。将该方法应用于缠结聚合物的模拟数据（通过滑动弹簧模型和简单爬行模型），我们提供了一个明确的证据，即最长的弛豫时间估计为相对波动中的交叉时间。
2012-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Force-Level Theory of the Rheology of Entangled Rod and Chain Polymer Liquids. I. Tube Deformation, Microscopic Yielding and the Nonlinear Elastic Limit
我们采用第一性原理，力水平的方法自洽地构建非谐管约束场的纠缠流体的刚性针和连续路径（PP）水平链在两个限制的情况下，链拉伸被假定为完全放松或保持不放松。剪切和拉伸变形和聚合物取向的影响是在一个非线性的弹性限度耗散松弛过程被故意忽略。对于针和PP级链，横向聚合物动力学波动的高斯分析预测，变形诱导的取向导致管膨胀。相反，对于变形的聚合物，其中链拉伸不放松，我们发现管压缩。对于所有这三个系统，有限的最大横向纠缠力本地化的聚合物在有效管的预测。这种纠缠力可以克服的条件（力的不平衡）与宏观变形相关的外部施加的力，可以在非线性弹性限度中定义，和“微观绝对屈服”事件破坏管约束的可能性可以进行分析。对于针和轮廓松弛的PP链，这种力的不平衡被发现发生在一个应力的顺序的平衡剪切模量，从而应变的顺序统一，对应于一个机械脆弱的纠缠管场。然而，对于未松弛的拉伸链，管压缩稳定横向聚合物限制，似乎没有力的不平衡。这些结果共同表明，从弹性到不可逆粘性响应的交叉需要链回缩以启动解缠结。我们定性地讨论了与现有的唯象模型的非线性启动剪切，阶跃应变和蠕变流变实验的比较。
2016-04-13 cond-mat.soft
Entangled Dynamics of a Stiff Polymer
刚性生物聚合物的缠结网络表现出复杂的动态响应，来自相邻细丝彼此施加的拓扑约束。我们提出了一类刚性聚合物纠缠动力学的参考模型，并提供了刚性聚合物管概念的定量基础。对于一个无限细的针探索一个平面的过程中的点的障碍，我们已经进行了大规模的计算机模拟证明了从快速的横向平衡到最慢的过程中的取向松弛的约束的标度关系。我们确定了示踪剂的旋转扩散系数，它的角约束，管直径和取向的关联函数。
2008-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Linear viscoelasticity of entangled wormlike micelles bridged by telechelic polymers : an experimental model for a double transient network
我们研究了一种新型瞬态网络的线性粘弹性：桥蠕虫状胶束，其结构最近已被表征[Ramos和Ligoure，（2007）]。这种复合材料是通过将遥爪共聚物（在每个末端具有疏水粘着剂的水溶性链）添加到缠结的蠕虫状胶束（WM）的溶液中而获得的。为了比较，裸WM和WM修饰的两亲性共聚物也进行了研究。虽然这些后者系统表现出几乎相同的单一理想麦克斯韦行为，但桥接WM的溶液可以描述为两种麦克斯韦流体组分的混合物，其特征在于两个显著不同的特征时间t_fast和t_slow，以及两个弹性模量G_fast和G_slow，其中G_fast >> G_slow。我们表明，慢模式是有关的粘弹性的纠缠WM的瞬态网络，和快速模式的遥爪活性链（即链，不形成循环，但桥两个胶束）的网络。的粘弹性与表面活性剂的浓度，φ，和胶粘剂与表面活性剂的摩尔比，β，的依赖关系进行了讨论。特别是，我们表明，G_fast是成比例的材料中的活性链的数量，φ β。简单的理论预期允许然后评估遥爪聚合物的桥/环比。
2007-02-05 cond-mat.soft
Dynamics and Stress Relaxation of Bidisperse Polymer Melts with Unentangled and Moderately Entangled Chains
多分散性在工业生产的聚合物中是不可避免的。然而，已建立的聚合物动力学和流变学理论大多建立在单分散线性聚合物上。多分散聚合物的动力学还有待充分探索--特别是不同长度的链如何影响混合物中彼此的动力学。本研究利用分子动力学和珠-弹簧链模型探讨了双分散聚合物熔体的动力学行为。研究了中等缠结长链物种和未缠结或轻微缠结短链物种之间的二元混合物。我们发现，添加短链可以显着加快长链的动力学大大减少其纠缠的程度。同时，虽然长链的引入也阻碍了短链的运动，但它并没有定性地改变它们的动力学性质--即使在包含纠缠链的矩阵中，未纠缠的短链仍然遵循经典的劳斯动力学。详细的Rouse模式分析被用来揭示纠缠在不同尺度的链段的影响。应力松弛后的步骤剪切应变也进行了研究和半经验混合规则，预测的线性粘弹性的多分散聚合物的基础上，单分散系统进行了评估与模拟结果。
2021-06-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Non-Affine Shear Modulus in Entangled Networks of Semiflexible Polymers
我们研究了半柔性聚合物缠结网络的粘弹性。在中间时间尺度上，这些网络对剪切变形的弹性响应由平台模量$G$描述。基于变形场在所有长度尺度上都是仿射的假设，提出了不同的标度律与聚合物浓度$c$。我们开发了一种数值方法，允许通过自由能的变化来计算模量为仿射和非仿射变形。非仿射变形场通过自由能最小化得到。我们的研究结果允许确认的幂律$G \propto c^{7/5} l_p^{-1/5}$与聚合物浓度$c$和持久性长度$l_p$，并进一步量化的系统偏差，由于亲和力假设。
2009-07-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Maximally Stiffening Composites Require Maximally Coupled Rather Than Maximally Entangled Polymer Species
聚合物复合材料是下一代仿生软材料的理想候选者，因为它们具有精致的自下而上的可设计性。然而，丰富的行为是有代价的：需要在高维参数空间上精确和广泛地表征材料特性，以及对所需特征背后的物理原理的定量理解。在这里，我们耦合大规模的分子动力学模拟与光镊微观流变学来模拟DNA-肌动蛋白复合材料的粘弹性响应。我们发现，以前观察到的非单调应力硬化的这些复合材料是强大的，但可调的，在一个广泛的范围内的参数空间，跨越两个数量级的DNA长度。重要的是，我们发现，最明显的硬化时实现的物种是最大限度地耦合，即具有类似的纠缠数，而不是当每个DNA链的纠缠数是最大的。我们进一步报告了新的动态振荡的复合材料的微观结构，混合和捆绑阶段之间的交替，打开了大门，未来的调查。我们的系统的通用性使我们的结果适用于广泛的一类聚合物复合材料的行为。
2019-07-29 cond-mat.soft
Non-equilibrium tube length fluctuations of entangled polymers
我们研究了初始拉伸的缠结高分子链在松弛过程中的非平衡管长涨落。管长度的时间依赖性方差$σ^2$在早期状态下遵循起源于聚合物链段的扩散运动的简单通用幂律$σ^2 = A \sqrt{t}$。从标准蠕动理论和精确可解的格子气蠕动模型中解析计算了振幅$A$，并讨论了振幅与初始管长和平衡管长的关系。非普遍性表明测量的波动（例如，使用荧光显微镜）作为爬行动物模型的测试。
2001-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
