临界性增强了无序网络中刚性嵌入体的加固作用
软凝聚态物质
2025-09-04 v1 生物物理
摘要
生物材料的机械性能具有空间异质性。典型组织由包含各种嵌入物（如活细胞）的纤维外排泄基质构成。虽然 Inclusion 对橡胶等常规弹性材料的刚性影响已为人所熟知，可通过体积分数和形状来理解，但对无序纤维状和纤维网络的影响却鲜为人知。近期研究表明，这类网络在孤立状态下表现出异常的粘弹性行为，暗示其机械相变由网络连通性和应变控制。当嵌入物存在时，这种行为如何被修改仍不明确。本文提出理论和计算研究，探讨刚性嵌入体对连通性控制的中心力刚性相变附近无序弹性网络机械性质的影响。结合尺度理论和粗粒度模拟，我们预测并验证了该复合材料刚性对嵌入体体积分数的异常强依赖。这种加固超过了传统复合材料中已知的体积分数依赖性加固，如爱因斯坦首次识别液体粘度随体积分数增大的弹性类比。我们指出，这种增强是由嵌入体导致的介质间距与涌现相关长度之间相互作用的结果，形成由嵌入体施加的有效有限尺寸尺度。我们概述了剪切模量和应变波动随嵌入体体积分数和网络连通性的预期尺度，确认了模拟结果，并讨论了潜在的实验测试及其在实际系统中的意义。
引用
@article{arxiv.2407.19563,
title = {Criticality enhances the reinforcement of disordered networks by rigid inclusions},
author = {Jordan L. Shivers and Jingchen Feng and Fred C. MacKintosh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.19563},
year = {2025}
}