Elasticity of Highly Entangled Polymer Networks and Gels: Review of Models and Theory of Nonaffine Deformations

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The main models of phantom and topologically entangled polymer networks are surveyed. A theory of anisotropic and nonaffine deformation of both swollen and deswollen (with partial solvent removal) strongly entangled polymer networks in athermal and θ-solvents has been developed. It is shown that under weak anisotropic deformations of the deswollen network, the entanglement tube consists of fractal loopy globules. In a θ-solvent, slight deformations of the network lead to a decrease in the overlap of loopy globules without changing their sizes. Deformations of swollen networks, as well as strong deformations of deswollen networks, are described in terms of the slip-tube model. An effective Hamiltonian has been derived that determines the entropy of fractal loopy globules. Based on the Hamiltonian, it is shown that topological constraints can be described using the polymer–quantum diffusion analogy. The connection between topological and quantum entanglements is demonstrated.

Sobre autores

S. Panyukov

Lebedev Physics Institute, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Autor responsável pela correspondência
Email: s.panyukov@gmail.com
Moscow, Russia; Dolgoprudnyi, Moscow oblast, Russia

Bibliografia

  1. Panyukov S. // Polymer Sci. Peer Rev. J. 2020. V. 1. № 1. P. 000505.
  2. Erukhimovich I.Ya. Cand. Dis. Physical and Mathematical Sciences. Moscow: FTINT, 1979.
  3. Borue V.Y., Erukhimovich I.Y. // Macromolecules. 1988. V. 21. P. 3240.
  4. Borue V.Y., Erukhimovich I.Y. // Macromolecules. 1990. V. 23. P. 3625.
  5. Brazovskii S.A. // Sov. Phys. JETP. 1975. V. 41. P. 85.
  6. Leibler L. // Macromolecules 1980. V. 13. № 6. P. 1602.
  7. Dobrynin A.V., Erukhimovich I.Ya. // J. Phys. II. 1991. V. 1. № 11. P. 1387.
  8. Angerman H., Brinke G. ten, Erukhimovich I. // Macromolecules. 1996. V. 29. P. 3255.
  9. Erukhimovich I.Ya. // Sov. Phys. JETP. 1995. V. 108. P. 1004.
  10. Erukhimovich I.Ya., Thamm, M.V., Ermoshkin A.V. // Macromolecules. 2001. V. 34. P. 5653.
  11. Panyukov S.V. // Sov. Phys. JETP. 1985. V. 61. P. 1065.
  12. de Gennes P.G. // Scaling Concepts in Polymer Physics. Ithaka: Cornell Univ. Press, 1979.
  13. James H.M., Guth E. // J. Chem. Phys. 1943. V. 11. P. 455.
  14. Flory P.J., Rehner J. // J. Chem. Phys. 1943. V. 11. P. 521.
  15. Wall F.T. // J. Chem. Phys. 1943. V. 11. P. 527.
  16. Treloar L. // Trans. Faraday Soc. 1943. V. 39. P. 36.
  17. Treloar L.R.G. // The Physics of Rubber Elasticity. New York: Oxford Univ. Press, 1975.
  18. Rubinstein M., Colby R. // Polymer Physics. Oxford: Oxford Univ. Press, 2003.
  19. Panyukov S. // Macromolecules. 2019. V. 52. P. 4145.
  20. Wang R., Alexander-Katz A., Johnson J.A., Olsen B.D. // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. P. 188302.
  21. Gusev A.A. // Macromolecules. 2019. V. 52. P. 3244.
  22. Lang M. // ACS Macro Lett. 2018. V. 7. P. 536.
  23. Lang M. // Macromolecules. 2019. V. 52. № 16. P. 6266.
  24. Lake G.J., Thomas A.G. // Proc. Roy. Soc. London. A. 1967. V. 300. P. 108.
  25. Wang S., Panyukov S., Craig S.L., Rubinstein M. // Macromolecules. 2023. V. 56. № 6. P. 2309.
  26. Edwards S.F. // Proc. Phys. Soc. 1967. V. 91. P. 513.
  27. Nechaev S.K. // Statistics of Knots and Entangled Random Walks. Singapore:World Scientific; New Jercy: River Edge, 1996.
  28. Likhtman A.E., Ponmurugan M. // Macromolecules. 2014. V. 47. P. 1470.
  29. Frank-Kamenetskiĭ M.D., Vologodskiĭ A.V. // Usp. Fiz. Nauk. 1981. V. 134. P. 641.
  30. Panagiotou E., Kröger M., Millett K.C. // Phys. Rev. E. 2013. V. 88. P. 062604.
  31. Mooney M.J. // Appl. Phys. 1940. V. 11. P. 582.
  32. Rivlin R.S. // Phil. Trans. Roy. Soc. A. 1948. V. 241. P. 379.
  33. Priss S. // Preprint/NTsBI U.S.S.R. Academy of Sciences. Pushchino, 1981.
  34. Schlögl S., Trutschel M.-L., Chassé W., Riess G., Saalwächter K. // Macromolecules. 2014. V. 47. P. 2759.
  35. Kapnisto M., Lang M., Vlassopoulos D., Pyckhout-Hintzen W., Richter D., Cho D., Chang T., Rubinstein M. // Nature Mater. 2008. V. 7. P. 997.
  36. Doi Y., Matsubara K., Ohta Y., Nakano T., Kawaguchi D., Takahashi Y., Takano A., Matsushita Y. // Macromolecules. 2015. V. 48. P. 3140.
  37. Ball R.C., Doi M., Edwards S.F., Warner M. // Polymer. 1981. V. 22. P. 1010.
  38. Edwards S.F., Vilgis Th. // Polymer. 1986. V. 27. P. 483.
  39. Okumura Y., Ito K. // Adv. Mater. 2001. V. 13. P. 485.
  40. Jiang L., Liu C., Mayumi K., Kato K., Yokoyama H., Ito K. // Chem. Mater. 2018. № 30. P. 5013.
  41. Danyang Chen D., Panyukov S., Sapir L., Rubinstein M. // ACS Macro Lett. 2023. V. 12. № 3. P. 362.
  42. Helfand E., Pearson D.S. // J. Chern. Phys. 1983. V. 79. № 4. P. 2054.
  43. Rubinstein M. // Phys.Rev. Lett. 1987. V. 59. № 17. P. 1946.
  44. Nechaev S.K., Semenov A.N., Koleva M.K. // Physica A. 1987. V. 140. P. 506.
  45. Khokhlov A.R., Nechaev S.K. // Phys. Lett. A. 1985. V. 112. № 3–4. P. 156.
  46. Rubinstein M., Helfand. E. // J. Chem. Phys. 1985. V. 82. P. 2477.
  47. Ternovskii F.F., Khoklov A.R. // Sov. Phys. JETP. 1986. V. 63. P. 728.
  48. Zheligovskaya E.A., Ternovsky F.F., Khoklov A.R. // Theor. Math. Phys. 1986. V. 75. № 3. P. 451.
  49. McLeish T.C.B. // Adv. Phys. 2002. V. 51. № 6. P. 1379.
  50. Grosberg A.Yu., Khokhlov A.R. // Statistical Physics of Macromolecules. USA: AIP Press. 1994.
  51. Doi M., Edwards S.F. // Theory of Polymer Dynamics. New York: Acad.Press, 1986.
  52. Larson R.G., Sridhar T., Leal L.G., McKinley G.H., Likhtman A.E., McLeish T.C.B. // J. Rheol. 2003. V. 47. № 3. P. 809.
  53. Edwards S.F. // Proc. Phys. Soc. 1967. V. 92. P. 9.
  54. Ball R.C., Doi M., Edwards S.F., Warner M. // Polymers. 1981. V. 22. P. 1010.
  55. Edwards S.F., Vilgis Th. // Polymers. 1986. V. 27. P. 483.
  56. Edwards S.F., Vilgis T.A. // Rep. Prog. Phys. 1988. V. 51. P. 243.
  57. Priss L.S. // Pure Appl. Chem. 1981. V. 53. P. 1581.
  58. Marrucci G. // Macromolecules. 1981. V. 14. P. 434.
  59. Graessey W.W. // Adv. Polym. Sci. 1982. V. 47. P. 67.
  60. Baumgartner A., Binder K. // J. Chem. Phys. 1981. V. 75. P. 2994.
  61. Kremer K. // Macromolecules .1983. V. 16. P. 1632.
  62. Richter D., Baumgärtner A., Binder K., Ewen B., Hayter J.B. //Phys. Rev. Lett. 1981. V. 47. P. 109.
  63. Panyukov S.V. // Sov. Phys. JETP. 1988. V. 67. P. 2274.
  64. Panyukov S.V. // Sov. Phys. JETP. 1989. V. 69. P. 342.
  65. Likhtman A.E. // Soft Matter 2014. V. 10. P. 1895.
  66. Rubinstein M., Panyukov S. // Macromolecules. 1997. V. 30. P. 8036.
  67. Chen Z., Cohen C., Escobedo F.A. // Macromolecules. 2002. V. 35. P. 3296.
  68. Rubinstein M., Panyukov S. // Macromolecules. 2002. V. 35. P. 6670.
  69. Grest G.S., Putz M., Everaers R., Kremer K. // J. Non-Cryst. Solids 2000. V. 274. P. 139.
  70. Likhtman A.E. // Macromolecules. 2005. V. 38. P. 6128.
  71. Polovnikov K., Nechaev S., Tamm M.V. // Soft Matter. 2018. V. 14. P. 6561.
  72. Brereton M G., Shah S. // J. Phys. A., 1980. V. 13. № 8. P. 2751.
  73. Obukhov S.P., Rubinstein M., Colby R.H. // Macromolecules. 1994. V. 27. P. 3191.
  74. Rubinstein M. // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 57. P. 3023.
  75. Obukhov S.P., Rubinstein M., Duke T. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 73. P. 1263.
  76. Obukhov S., Johner A., Baschnagel J., Meyer H., Wittmer J.P. // Eur. Phys. Lett. 2014. V. 105. P. 48005.
  77. Grosberg A.Yu., Nechaev S.K. // Macromolecules. 1991. V. 24. P. 2789.
  78. de Gennes P.G. // J. Phys. Lett. 1985. V. 46. P. 639.
  79. Panyukov S.V. // JETP Lett. 1992. V. 56. P. 61.
  80. Rosa A., Everaers R. // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112. P. 118302.
  81. Ge T., Panyukov S., Rubinstein M. // Macromolecules. 2016. V. 49. P. 708.
  82. Obukhov S., Johner A., Baschnagel J., Meyer H., Wittmer J.P. // Europhys. Lett. 2014. V. 105. P. 48005.
  83. Tamm M.V., Nazarov L.I., Gavrilovand A.A., Chertovich A.V. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 114. P. 178102.
  84. Lifshitz I.M., Grosberg A.Y., Khokhlov A.R. // Revs Modern Physics 1978. V. 50. P. 683.
  85. Leggett A.J. // Phys. Rev. B 1984. V. 30. P. 1208.
  86. Bray A.J., Moore M.A. // Phys. Rev. Lett. 1982. V. 49. P. 1545.
  87. Cai L.-H., Panyukov S., Rubinstein M. // Macromolecules 2015. V. 48. P. 847.
  88. Yamamoto T., Campbell J.A., Panyukov S., Rubinstein M. // Macromolecules. 2022. V. 55. P. 3588.
  89. Panyukov S.V. // Sov. Phys. JETP. 1990. V. 71. P. 372.
  90. Panyukov S. // Polymers. 2020. V. 12. P. 767.
  91. Kavassalis T.A., Noolandi J. // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 59. P. 2674.
  92. Kavassalis T.A., Noolandi J. // Macromolecules. 1988. V. 21. P. 2869.
  93. Johner A., Daoud M. // J. Phys. 1989. V. 50. P. 2147.
  94. Urayama K., Kohjiya S. // Polymer. 1997. V. 38. P. 955.
  95. Biamonte J., Faccin M., De Domenico M. // Commun. Phys. 2019. V. 2. P. 53.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2.

Baixar (599KB)
Metadados
3.

Baixar (454KB)
Metadados
4.

Baixar (1MB)
Metadados
5.

Baixar (752KB)
Metadados
6.

Baixar (145KB)
Metadados
7.

Baixar (173KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © С.В. Панюков, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».