Mechanics of transiently cross-linked nematic networks
Mechanics of transiently cross-linked nematic networks
复制标题
瞬时交联向列网络的力学
DOI：
10.1016/j.jmps.2020.104021
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发表时间：
2020
影响因子：
5.3
通讯作者：
Vernerey, Franck J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lalitha Sridhar, Shankar;Vernerey, Franck J.
聚合物网络在生物学中无处不在，是生命的一些关键功能的重要组成部分。刚性和柔性聚合物的复合网络，如细胞骨架的肌动蛋白-细丝蛋白网络，具有由网络的物理相互作用、几何形状和拓扑结构引起的新颖的机械性质。特别地，（a）这些网络中的交联链随时间动态地断裂和改革，从而驱动它们的流变性能，和（B）已经发现刚性棒状聚合物显示出包括平行排列的液晶相。这种瞬态网络的模型要么是现象学的，要么是计算的，因此缺乏基于物理的模型在阐明关键物理机制方面的简单性。我们在这里提出了一个建模框架，使用基于几何的瞬态网络理论来描述的速率依赖机制的TCP网络。该模型将连续介质力学量与网络中链分布的统计测量（如构象张量）联系起来。我们表明，该模型退化到各向异性固体的经典理论时，债券是永久性的和各向异性流体时，债券交换是迅速的。的键动力学和网络的几何形状之间的相互作用，其涌现机制的效果进行了探索和说明使用的薄壁管压力下的例子。的一般性的框架和它的潜力来描述连续介质级力学的基础上，各种本地物理相互作用和网络几何形状进行了讨论。
Polymeric networks are ubiquitous in biology and are vital components to some of the key functions of life. Composite networks of stiff and flexible polymers such as the actin-filamin network of the cytoskeleton posses novel mechanical properties that arise from physical interactions, geometry and topology of the network. Particularly, (a) the cross-linking chains in these networks dynamically break and reform in time that drive their rheological properties, and (b) stiff rod-like polymers have been found to show liquid crystalline phases including nematic alignment. Models of such transient nematic networks are either phenomenological or computational thereby lacking the simplicity of physics-based models in elucidating the key physical mechanisms. We present here a modelling framework using the statistically-based transient network theory to describe the rate-dependent mechanics of nematic networks. The model bridges continuum mechanics quantities to statistical measures of chain distribution in the network such as the conformation tensor. We show that the model degenerates to classical theories of anisotropic solids when the bonds are permanent and to anisotropic fluids when the bond exchange is rapid. The effect of the interplay between the bond dynamics and geometry of the network on its emergent mechanics is explored and illustrated using the example of a thin-walled tube under pressure. The generality of the framework and its potential to describe continuum level mechanics based on a variety of local physical interactions and network geometries is discussed.
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