环状聚合物在剪切下表现出意想不到的运动模式
一个国际研究小组通过关于环状聚合物在剪切力下行为的计算结果吸引了该领域专家的注意：维也纳大学的 Reyhaneh Farimani 和她的同事表明，对于连接环对的最简单情况，连接(化学连接与机械连接)对连续剪切下的动态特性具有深远的影响。在这些情况下，出现了新的流变模式。该研究除了最近发表在著名期刊《物理评论快报》上外，还因其独特的新颖性而获得了“编辑建议”。
流体的剪切(意味着流体层在剪切力的作用下相互滑动)是自然界和流变学中的一个重要概念，流变学是研究物质(包括液体和软固体)流动行为的科学。剪切力是平行于材料施加的侧向力，引起材料层之间的变形或滑动。流体剪切实验可以表征重要的流变特性，例如粘度(抗变形或流动性)和触变性(在剪切影响下粘度降低)，这些特性在从工业过程到医药的各种应用中都很重要。近年来，人们已经对通过将聚合物引入牛顿流体而产生的粘弹性流体的剪切行为进行了研究。然而，当前研究中的一种新方法涉及通过使用环状聚合物来考虑聚合物拓扑——分子的空间排列和结构。环状聚合物是由重复单元组成的大分子，形成没有自由末端的闭环。
链接问题
第一作者 Reyhaneh Farimani 解释道：“对于剪切下的计算机模拟实验，我们考虑了两种类似类型的连接环对：一种是化学连接，称为键合环 (BR)，另一种是通过机械连接实现机械连接。 Hopf 链接，称为聚链烷 (PC)。”特别强调通过适当的模拟技术考虑流体动力学相互作用，这被证明是至关重要的，因为新兴模式是由波动流体动力学和拓扑之间的微妙相互作用控制的。结果令人惊讶：一方面，BR 和 PC 两种组分的响应彼此非常不同，另一方面，它与各种其他聚合物类型(例如线性、星形或支链。特别是，在这些拓扑改性聚合物中，其他聚合物在剪切下的主要动态模式(“涡旋翻滚”)要么被抑制(BR)，要么几乎不存在(PC)。
意外的翻滚类型
该研究的合著者 Christos Likos 表示：“我们发现，两种环状聚合物类型的动态模式完全出乎意料，我们称之为梯度翻滚和滑移翻滚。”由于流体动力学和环形拓扑之间的相互作用，BR 分子围绕垂直于涡度和流动轴的梯度方向翻滚。发现 BR 在剪切作用下处于连续梯度翻滚运动。相反，PC 变薄，将自身定向为靠近流动轴，并在剪切作用下保持固定、拉伸和非翻滚的构象。相反，由于其特殊的机械连接形式，个人电脑表现出间歇性的动态，当两个环相互滑动时偶尔会交换，该论文的作者将这种模式称为滑动翻滚。
这些意想不到的运动模式具有聚合物化合物拓扑的独特特征，强调了流体动力学和聚合物结构之间相互作用的重要性：事实上，研究人员在模拟中发现，当人为消除回流效应时，差异BR 和 PC 之间消失。这些动态模式也对解决方案的机械性能产生显着影响，因为 BR 通过翻滚释放内应力，而 PC 永久存储应力，导致后者的粘度更高。由此得出的假设是，PC 和 BR 的不同翻滚运动和结构可能会影响这些分子的高浓度溶液或聚合物熔体的剪切粘度(流体在剪切下的流动阻力，反映其内摩擦和变形能力)。需要进一步的实验和理论研究来检验这一假设。目前的研究是由维也纳大学、伊朗谢里夫理工大学和意大利国际高级研究学院(SISSA)之间的科学合作进行的。
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