含流体动力学相互作用的半刚性聚合物的线性粘弹性

本文利用 Brownian 动力学仿真，对粗糙化的珠-弹簧链在无限稀释极限下的线性粘弹性响应进行研究。弹簧遵循 FENE-Fraenkel 力律，采用弯曲势来捕捉链的刚性，并通过 Rotne-Prager-Yamakawa 张量包含流体动力学相互作用。通过计算阶跃应变后的松弛模量，我们证明在合适的弹簧刚性和链的可伸长性选择下，珠-弹簧链在宽广时间窗口内表现为不可伸长的半刚性杆。在无流体动力学相互作用的情况下，我们的结果与现有理论关于自由抽水、不可伸长、半刚性杆在无限稀释极限下的线性粘弹性响应的预测一致。我们发现，在中间时间尺度上，应力松弛模量呈现幂律行为，其指数范围从柔性链的 $(-1/2)$ 到高度刚性链的 $(-5/4)$。在长时间尺度上，刚性链发生取向松弛，而柔性链表现出 Rouse 松弛。我们发现，流体动力学相互作用影响中间和长时间尺度上的行为，随着链的刚性增加，与自由抽水行为的差异也随之增大。对损耗模量和储存模量频率依赖性的计算结果在广泛的频率范围内，与来自各种刚性聚合物系统的实验数据良好一致。