Soft elasticity of RNA gels and negative Poisson ratio
我们提出了一个模型的RNA凝胶的弹性性能。该模型预测的形式的负泊松比和形状不稳定性的异常弹性性能。这种反常弹性是由单链RNA的非高斯力-形变关系产生的。双链序列和伴随的单轴弹性体的软模产生的旋转对称性破缺极大地放大了这种效应。
2005-12-18 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
Universal Elasticity and Fluctuations of Nematic Gels
我们研究了自发取向有序的非晶态固体的弹性，其特征在于由消失的横向剪切模量，例如通过弹性体和凝胶实现。我们发现，当地的非均匀性和弹性非线性合谋导致异常的非局部普遍弹性控制的非平凡infared不动点。也就是说，在长尺度，这样的固体的特点是普遍的剪切和弯曲模量，分别消失和发散在长尺度，普遍不可压缩，并表现出普遍的负泊松比和非胡克弹性下降到任意低的应变。基于对5维的展开，我们证明了在dlc < 3的情况下，该系统对热涨落和局域非均匀性是稳定的。
2002-09-18 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
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
Decoupling elasticity and electrical conductivity of carbon black gels filled with insulating non-Brownian grains
本研究发现填充绝缘非布朗颗粒的炭黑凝胶中弹性与电导率可解耦：剪切致凝胶相分离塌缩时，导电夹杂物使二者同步下降，绝缘夹杂物却让电导率上升，为能源应用中电学性能调控提供了新依据。
2024-08-13 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
Asymmetry of tensile vs. compressive elasticity and permeability contributes to the regulation of exchanges in collagen gels
本研究测量胶原蛋白凝胶在拉伸与压缩下的弹性与渗透率不对称性，发现该特性调节分子交换并影响药物运输。
2022-12-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Pattern Formation in Phase-Separating Gels with Spontaneous Shear
我们研究了凝胶中同时发生相分离和取向有序的斑图形成。采用具有密度-各向异性耦合的非线性弹性极小模型进行了二维数值模拟。对于强正耦合，塌陷相沿着相边界和双折射伸长，产生具有成对拓扑缺陷的折叠结构。对于负耦合，溶胀相的软弹性导致液-液相分离中的液滴形态。讨论了它们在水溶性液晶凝胶中的可能实现。
2002-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple ions control the elasticity of calcite gels via interparticle forces
方解石在水中的悬浮液用于许多工业领域，如造纸、制药、文物保护或建筑施工，其中需要控制糊剂的流变性质。我们测量了简单离子如钙、钠或氢氧化物对纳米方解石糊弹性的影响，该纳米方解石糊表现为胶体凝胶。我们面对我们的宏观测量DLVO相互作用的潜力，基于化学形态和zeta电位的测量。通过改变离子类型和浓度，我们超越了小的排斥机制，并跨越两个数量级的剪切模量。在添加氢氧化钙后，我们观察到剪切模量的最小值，与DLVO能垒中的最大值相关，这是由于两种竞争效应：钙吸附到方解石表面上提高了zeta电位，从而提高了静电排斥，而增加盐浓度会引起更强的静电屏蔽。我们还表明，氢氧化钠的加入完全屏蔽了表面电荷，并导致更刚性的糊状物。第二个重要的结果是，碳酸化的方解石悬浮液由大气中的CO 2导致收敛的高弹性的胶体凝胶，无论其初始值，也合理化的DLVO理论和导致从zeta电位和表面电荷密度的降低。
2019-04-30 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
Topological Linking Determines Elasticity in Limited Valence Networks
本研究结合流变学、共聚焦成像与分子动力学模拟，发现DNA纳米星水凝胶中环状基序间的拓扑交联在较高浓度下主导其弹性响应，揭示了“拓扑弹性”这一被忽视的机制。
2025-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cross-linking patterns and their images in swollen and deformed gels
使用的聚合物凝胶的弹性理论，我们表明，大规模的交联密度图案写入网络的结构在熔融状态下，可以显示通过监测单体密度图案溶胀。我们发现，虽然在良好的溶剂中的各向同性变形产生放大的原始图案的图像，各向异性变形扭曲的图像（这两种类型的变形产生affrinate拉伸图像在$θ$溶剂）。我们表明，在普通固体的剪切模量的空间不均匀的配置文件，各向同性拉伸导致扭曲的密度图像下各向同性变形的这个配置文件。使用简单的物理参数，我们证明了不同的响应各向同性拉伸源于固体和凝胶的弹性理论之间的根本差异。可能的测试，我们的预测和一些潜在的应用进行了讨论。
2015-07-10 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
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
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
Nonlinear elasticity of disordered fiber networks
无序生物聚合物凝胶具有显著的机械性能，包括强非线性。在无热凝胶（例如胶原蛋白-I）的情况下，非线性长期以来与从弯曲主导到拉伸主导的弹性状态的交叉相关联。这种交叉的物理性质与中心力均衡点的存在有关，并且与大多数凝胶的弯曲模量小的事实有关。这种交叉引起弹性模量的缩放行为。特别地，对于线性弹性，已经证明了这样的标度定律[Broedersz等人，Nature Physics，2011 7，983]。在这项工作中，我们推广的非线性制度的标度与两个参数的标度律涉及三个临界指数。我们对两个无序晶格模型的标度律进行了数值检验，发现剪切模量在线性和非线性区域都有很好的标度坍缩。我们计算了这两个晶格模型的所有临界指数，并讨论了我们的结果对实际系统的适用性。
2015-07-27 cond-mat.dis-nn 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
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
Impact of the protein composition on the structure and viscoelasticity of polymer-like gluten gels
我们研究了面筋聚合物样凝胶在水/乙醇，$50/50$ v/v，面筋蛋白的良好溶剂的二元混合物中的结构。谷蛋白包括两个主要的蛋白质家族，单体麦醇溶蛋白和聚合体麦醇溶蛋白。在半稀释状态下，散射实验突出了两类行为，类似于标准聚合物溶液和聚合物凝胶，这取决于蛋白质的组成。我们证明，这两类编码的蛋白质在非常稀的溶液中的结构特征，并与典型的大小几十纳米的蛋白质组件的存在。只有当蛋白质混合物充分富含谷蛋白时，组装体才存在。发现它们与凝胶中富含不可交换氢键的结构域的存在直接相关，并且其大小与蛋白质组装体的大小相当。由于它们独特的对比度，在中子散射实验中探测了这些域。我们发现，样品的粘弹性也直接相关的领域丰富的H-键的数量，显示的H-键在执政的聚合物面筋凝胶的粘弹性的关键作用。
2021-01-18 cond-mat.soft
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
Large-strain poroelastic plate theory for polymer gels with applications to swelling-induced morphing of composite plates
我们推导出一个大应变板模型，允许描述瞬态，耦合过程涉及弹性和溶剂迁移，通过执行三维多孔弹性理论的降维。我们将该模型应用于聚合物凝胶板，其中一个特定的运动学约束和本构关系举行。最后，我们通过两个数值基准，通过有限元方法求解，评估了板模型相对于父三维模型的精度。我们的研究结果表明，该理论提供了一个有效的计算框架的研究溶胀诱导复合凝胶板的变形。
2016-07-08 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
Empty perovskites as Coulomb floppy networks: entropic elasticity and negative thermal expansion
软网络（FN）提供了宝贵的洞察力的起源异常的机械和热性能的软物质系统，从聚合物，橡胶和生物分子的玻璃和颗粒材料。在这里，我们使用非常相同的FN概念来构建空钙钛矿的定量微观理论，这是一个具有ReO $_3$结构的晶体家族，具有许多不寻常的特性。一个显著的例子是ScF $_3$，其显示出接近零温度的结构不稳定性和大的负热膨胀（NTE）。我们跟踪这些影响到FN样的晶体结构形成的强最近邻键，这是稳定的净静电斥力，起着类似的作用，在聚合物凝胶中的渗透压。这些结晶固体中的NTE，我们将其概念化为库仑软盘网络，来自库仑排斥与FN的熵弹性相结合的张力效应，并且具有与凝胶和橡胶相同的物理起源。我们的理论提供了一个精确的，定量的描述声子，热膨胀，压缩性，和结构相图，所有在极好的协议与实验。临界软模的熵稳定性，这只发挥次要作用，在NTE，解释了观察到的相图。显着的熵弹性解决了一个显着的难题，$\approx$ 50\%的实验观察到的体积模量和从头计算之间的差异。库仑FN方法可能适用于具有显著共价键的其他重要材料，从钙钛矿氧化物到铁硫族化物，其异常振动和结构特性仍然知之甚少。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Semidilute Principle for Gels
聚合物凝胶如凝胶和软性隐形眼镜是由用大量溶剂溶胀的三维聚合物网络组成的软固体。近80年来，人们一直用Flory-Huggins平均场论来描述聚合物凝胶的溶胀.然而，当应用于具有大溶剂含量的聚合物凝胶时，由于聚合物浓度的显著波动，该理论是有问题的。在这项研究中，我们通过实验证明了半稀释标度律在预测聚合物凝胶溶胀方面优于平均场论。利用半稀释标度律，通过聚合物凝胶的溶胀实验，确定了自回避行走的普适临界指数$ν$。实验获得的值$ν\simeq 0.589$与先前报道的通过精确数值计算获得的$ν\simeq 0.588$值一致。此外，我们从理论上推导和实验证明的比例定律，支配的平衡浓度。这个标度律与de Gennes的$c^{*}$定理的预言相矛盾。$c^*$定理的一个主要缺陷是忽略了依赖于准备状态的网络弹性。这些结果表明，半稀释标度律是准确预测和控制聚合物凝胶平衡溶胀的基本原理。
2022-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hierarchical organization governs nonlinear mechanical reversibility in $ι$-carrageenan gels
Univ Lyon, Ens de Lyon, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学、里昂高等师范学校、法国国家科学研究中心、物理实验室）
本研究结合流变学与法向力测量，揭示ι-角叉菜胶凝胶的非线性力学由分子连通性及可逆分层结构的形成与破坏调控，发现其存在部分力学可逆性。
2026-08-31 cond-mat.soft
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
The Micromechanics of Three Dimensional Collagen-I Gels
我们研究胶原-I凝胶的微观力学，目的是弥合生物聚合物网络研究中理论和实验之间的差距。通过共聚焦显微镜获得荧光标记的胶原蛋白的三维图像，并使用3d网络卷积算法提取网络几何形状。每个纤维被建模为蠕虫状链，抵抗拉伸和弯曲，每个交联被建模为扭转弹簧。在三个不同的密度的网络的应力-应变曲线进行比较，流变测量。该模型显示出良好的协议与实验，确认应变硬化的胶原蛋白可以完全解释的几何重新排列的网络，而不是熵硬化的个别纤维。该模型还表明，在小应变，交联变形是网络刚度的主要贡献者，而在大应变，纤维拉伸占主导地位。由于这种建模工作使用具有真实几何形状的网络，因此这种分析最终可以作为理解纤维和交联在微观水平上的力学如何产生网络的宏观特性的工具。虽然本文的重点是胶原蛋白的力学，我们展示了一个框架，可以应用于许多生物聚合物网络。
2008-08-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Effects of disorder and chain stiffening on the elasticity of flexible polymer networks
我们研究如何分布的轮廓长度和高拉伸硬化的个别链段影响的宏观剪切模量的柔性聚合物凝胶，使用二维数值模型，其中聚合物段形成三角形网络和无序引入通过改变它们的轮廓长度。我们表明，在相关的参数范围内：（i）的非仿射贡献的剪切模量是可以忽略不计的，即玻恩近似是令人满意的;（ii）的剪切模量是占主导地位的贡献来自平衡链张力。此外，在节点处的机械平衡引起链段的端到端距离和轮廓长度之间的特定相关性，这必须被适当地考虑以构建链压力和剪切模量的合理估计。
2016-10-27 cond-mat.soft
Non-Hermitian chiral surface waves in disordered odd solids
School of Mechanical Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院）；Center for Physics and Chemistry of Living Systems, Tel Aviv University（特拉维夫大学生命系统物理与化学中心）
研究发现无序奇数固体中存在非厄米特奇异性表面波，具有更强的表面局域性和稳定的边界速度，为控制此类波提供了新策略。
2026-03-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Stretchable liquid crystal blue phase gels
液晶聚合物是具有相当大的科学兴趣和社会技术价值的材料[1-3]。这些材料的一个重要子集表现出橡胶般的弹性;这些材料可以将液晶的显着光学性能与橡胶的有利机械性能相结合，并且还表现出在任何类型的材料中都没有单独观察到的行为[2]。它们的许多性质关键地取决于所采用的特定中间相。可拉伸液晶聚合物先前已在手性、手性和近晶中间相中得到证实[2，4]。这里报道了蓝相I的可拉伸凝胶的制造，其形成自组装的三维光子晶体，该三维光子晶体可以具有由施加的应变操纵的光学性质，并且进一步在适度的施加电压下保持电光可切换。我们发现，与未变形的对应物不同，机械变形的蓝相表现出普克尔斯电光效应，这为低压电光器件提出了新的理论挑战和新的可能性。
2014-01-26 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
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
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
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
Temperature Dependence of Polymer Network Diffusion
聚合物凝胶的溶胀动力学特征在于聚合物网络的（集体）扩散系数$D$。在这里，我们测量的温度依赖性的$D$的聚合物凝胶控制均匀的网络结构，使用动态光散射。在胶凝点$D_{\mathrm{gel}}$处的扩散系数和随着胶凝进行而增加的扩散系数$ΔD\equiv D-D_{\mathrm{gel}}$的评估表明，$ΔD$是具有显著大的负常数项的绝对温度的线性函数。这个特征在形式上与最近发现的“负能量弹性”相同[Y。Yoshikawa等人，X 11，011045（2021）（arXiv：1912.13191）]，证明了聚合物网络的静态和动态之间的非平凡相似性。
2021-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of microphase separation in a swollen, strain-stiffening polymer network
本文扩展Flory-Huggins理论，纳入应变硬化效应，提出无拟合参数模型以定量预测溶胀聚合物网络的EMPS相图并解释微结构形貌。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci 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
Dynamics of phase separation in non-local elastic networks
本文开发了一种耦合相分离与非局域弹性的大变形多孔弹性动态理论，发现非局域弹性可阻止粗化并形成特征长度随刚度增加而减小的图案化区域，为模拟与实验的定量比较奠定基础。
2025-08-13 cond-mat.soft
Structure and Dynamic Evolution of Interfaces between Polymer Solutions and Gels and Polymer Interdiffusion: A Molecular Dynamics Study
本研究通过粗粒化分子动力学模拟，揭示了自由聚合物从溶液扩散进入凝胶的界面动态演化过程，发现界面张力与宽度随浓度增加而增大，并观察到逾渗转变现象。
2024-12-16 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Phase transitions and microphases in elastomers. II. Anisotropy-driven morphologies
Harvard University（哈佛大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
该研究基于系列论文第一部分的方法，探究单轴溶胀与刚度梯度对弹性体相行为的影响，发现单轴溶胀可形成稳定层状微相，刚度梯度会改变微相尺寸。
2026-08-28 cond-mat.mtrl-sci 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
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
Mesoscale simulation of semiflexible chains. II. Evolution dynamics and stability of fiber bundle networks
本文用Johnson-Kendall-Roberts（JKR）弹性接触模型模拟了缔合半柔性纤维和纤维与胶体颗粒混合物的网络形成，并给出了颗粒弹性和表面能的相图。当纤维自组装时，它们形成足够大的纤维-溶剂表面能的网络。如果表面能高于单个颗粒结晶的值，则粘附力驱动扩散限制的聚集。两种机制有助于粗化：非关联链加入现有的束，和纤维束合并。当网络连接的长度大致为持久长度时，粗化停止，与表面能无关。如果表面能低于单个颗粒结晶时的值，则仍可以形成网络，但速度要慢得多（反应受限）。当链条或多或少平行运行时，它们之间就会形成松散的（类似液体的）集合体。这些组装体通过扩散和聚集生长，并形成松散的网络，其在微相分离中设置，即脱水收缩。只有当团簇结晶时，粗化过程才停止。在这种情况下，网络连接的长度大于单链的持久长度，并且取决于表面能的值。在这项研究中，所有的半柔性均聚物网络都表现出脱水收缩。纤维和胶体颗粒的混合物也形成纤维束网络，但是通过选择足够低的胶体体积分数，获得溶胀凝胶。该模型的应用是在生物系统中，纤维自组装成细胞壁和骨组织。
2013-06-06 cond-mat.soft
