晶格聚合物链中溶剂诱导的负能量弹性

对弹性模量的负内能贡献（负能量弹性）近来在聚合物凝胶中被观测到。该发现挑战了橡胶类材料弹性模量主要由熵弹性决定的传统观念。然而，负能量弹性的微观起源尚未阐明。此处，我们考虑立方晶格上的$n$步相互作用自回避行走作为溶剂中单条聚合物链（聚合物凝胶中网络的子链）的模型。我们基于精确枚举至$n=20$以及特殊情形下任意$n$的解析表达式，从理论上证明了负能量弹性的出现。进一步，我们证明该模型的负能量弹性源于吸引性的聚合物—溶剂相互作用，其在局部上使链变硬，反而使整条链的刚度软化。该模型定性地再现了聚合物凝胶实验中观测到的负能量弹性的温度依赖性，表明单链的分析可解释聚合物凝胶中负能量弹性的性质。