两性粒子系统的弹性

两性粒子系统常见于自然和人造材料中，已知其会影响 packing、流动和稳定性。然而，其对弹性属性的直接影响，特别是在具有吸引相互作用的系统中，仍不完全清楚。深入了解这一关系对于设计具有所需机械响应的软质粒子基质材料至关重要。本文我们研究了粒子尺寸比和组成如何影响具有吸引相互作用的粒子系统的剪切模量。我们使用粗粒度分子模拟，分析在固定总 packing 比下由两种粒子尺寸组成的系统，发现剪切模量随 bidispersity 系统性增加。为解释这种行为，我们发展了两种渐近模型，遵循极端情形：一种情况下，由大粒子构成的孔隙网络被小粒子 stiffened，另一种情况下，由小粒子构成的网络被嵌入的大粒子修改。两种模型均给出闭式表达式，捕捉模拟中观察到的定性趋势，包括剪切模量对尺寸比和相对体积分数的依赖。我们的结果表明，bidispersity 可通过微观结构效应独立于总体密度来增强弹性刚度，为设计具有可调机械属性的粒子基质材料提供了简单策略。