Two Stretching Regimes in the Elasticity of Bottlebrush Polymers
Two Stretching Regimes in the Elasticity of Bottlebrush Polymers
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洗瓶刷聚合物弹性的两种拉伸方式
DOI：
10.1021/acs.macromol.0c01184
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Sing, Charles E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dutta, Sarit;Sing, Charles E.
高度支化的聚合物（称为瓶刷聚合物）的弹性对于理解其在各种应用中的物理性质是不可或缺的;瓶刷聚合物在拉伸的软弹性体中、在溶液加工期间的不平衡环境中或在限制诱导的拉伸中经历显著的分子延伸。与线性聚合物链不同，这种延伸的分子起源是很好理解的，它仍然是一个挑战，连接分子瓶刷结构的力延伸行为。在本文中，我们提出了从Monte Carlo模拟瓶刷聚合物进行恒定的拉力和确定力的延伸曲线作为侧链长度的函数的结果。我们发现，不同的bottlebrush架构表现出各种力的延伸行为。为了了解瓶刷弹性，我们比较了参数化的蠕虫状圆柱隐式侧链模型。这表明出现了两种不同的模式bottlebrush拉伸;在低力，我们展示了线性和非线性制度对应于拉伸的整体圆柱形的分子，并在高力，有特定的扩展对应于bottlebrush骨干分子的内部自由度。这种两态分子图像为瓶刷材料的分子设计提供了有价值的见解。
The elasticity of highly branched polymers, known as bottlebrush polymers, is integral to understanding their physical properties in a wide variety of applications; bottlebrush polymers undergo significant molecular extension in stretched, soft elastomers, in out-of-equilibrium environments during solution processing or in confinement-induced stretching. Unlike linear polymer chains where the molecular origin of this extension is well understood, it remains a challenge to connect molecular bottlebrush architecture to force-extension behavior. In this paper, we present results from Monte Carlo simulations on bottlebrush polymers subjected to a constant pulling force and determine force-extension curves as a function of side-chain length. We show that different bottlebrush architectures exhibit a variety of force-extension behaviors. To understand bottlebrush elasticity, we compare with a parameterized wormlike cylinder implicit side chain model. This demonstrates the emergence of two distinct modes of bottlebrush stretching; at low forces, we demonstrate both linear and non-linear regimes corresponding to stretching the overall cylindrical shape of the molecule, and at high forces, there is specific extension of internal degrees of molecular freedom corresponding to the bottlebrush backbone. This two-regime molecular picture provides insight valuable to the molecular design of bottlebrush materials.
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