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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2508.09829 (cond-mat)
[提交于 2025年8月13日 ]

标题: 非局部弹性网络中的相分离动力学

标题: Dynamics of phase separation in non-local elastic networks

Authors:Oliver W. Paulin, Yicheng Qiang, David Zwicker
摘要: 液态混合物嵌入在弹性网络中的相分离与自然和工业系统中的广泛现象相关,包括与细胞骨架相互作用的生物分子凝聚物、鸟类羽毛中的结构着色以及软沉积物中形成的气泡。 最近在合成聚合物凝胶中的实验表明,当相分离区域的尺寸与网络的特征孔径相当时,可能会出现具有明确长度尺度的图案化相。 基于平衡方法的理论研究将这种图案形成归因于由底层网络异质性引起的非局部弹性效应。 在此,我们通过开发一种动态理论来扩展这些观点,其中相分离通过大变形多孔弹性框架与非局部弹性耦合。 我们通过线性稳定性分析和数值模拟研究了我们的模型,确定了发生相分离的参数空间,并研究了不同弹性模型的影响。 我们发现,尽管局部弹性可以抑制相分离并影响区域数量,但它无法完全抑制粗化。 相反,非局部弹性会阻止粗化,形成具有明确长度尺度的图案化区域,该长度尺度随着刚度的增加而减小。 因此,我们的建模框架为模拟与实验之间的定量比较铺平了道路,例如通过考虑应变硬化网络流变学。
摘要: Phase separation of a liquid mixture embedded within an elastic network is relevant to a wide range of natural and industrial systems, including biomolecular condensates interacting with the cytoskeleton, structural colouring in bird feathers, and gas bubbles forming within soft sediments. Recent experiments in synthetic polymer gels have demonstrated that when the size of phase-separated domains is comparable to the characteristic pore size of the network, a patterned phase with a well-defined length scale may emerge. Theoretical works based on an equilibrium approach have attributed this pattern formation to non-local elastic effects arising from heterogeneity of the underlying network. Here, we extend these ideas by developing a dynamic theory in which phase separation is coupled to non-local elasticity via the framework of large-deformation poroelasticity. We study our model via both linear stability analysis and numerical simulation, identifying the parameter space in which phase separation occurs, and investigating the impact of different elasticity models. We find that although local elasticity can inhibit phase separation and affect domain count, it is unable to completely suppress coarsening. In contrast, non-local elasticity arrests coarsening to form patterned domains with a well-defined length scale that decreases with increasing stiffness. Our modelling framework thus paves the way for quantitative comparisons between simulations and experiments, for example by considering a strain-stiffening network rheology.
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2508.09829 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2508.09829v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.09829
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Oliver Paulin [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 8 月 13 日 14:04:52 UTC (2,806 KB)
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