模拟揭示了janus粒子的重要意义

描绘了除涂层几何形状外的具有相同表面特性的Janus棒。粒子假设完全不同的取向,暗示它们还对整体接口承担不同的机械性能。
信用:Giovanniantonio Natale

纳米粒子的界面扩散受其形状和表面涂层的影响较大。

Janus粒子以罗马神命名,指的是表面具有两种或两种以上不同物理化学性质的纳米粒子。

这种特殊的纳米粒子是由1991年诺贝尔奖得主Pierre-Gilles de Gennes引入科学界的,他指出,“具有不同润湿性的两面物体具有在液-液界面上密集自组装的独特优势”,从而产生了新的胶体结构。

所得化学不对称导致了对新的和不寻常的分子特性的发现,使Janus颗粒与各种应用相关,从生物医生到防水纺织品,以制备具有可调谐性质的膜。

物理的流体来自加拿大阿尔伯塔省卡尔加里大学的研究人员使用耗散粒子动力学(DPD)模拟来研究Janus纳米粒子在两种不可混相流体界面上的平动扩散,这两种流体无法混合或达到均匀性。

该模拟聚焦于球形粒子簇,用于创建Janus棒刚体,揭示了纳米粒子在水-油界面上的动态行为,具有不同的表面涂层和尺寸。这项工作揭示了它们的形状对它们在界面上的方向和移动性的强烈影响。

“结果,这些不同的响应改变了整个系统的界面张力,从而影响流变学,从而影响处理方案,”合著者Giovanniantonio Natale说。

Natale和他的同事描述了一种“倾斜和翻滚”效应,这是由于界面上存在局部能量极小值,这种效应随两面柱的宽高比和涂层的表面覆盖程度而变化。

当粒子从直立位置向倾斜方向移动时,界面张力随着长宽比的增加而降低。当涂层水平而不是垂直时,张力降低,因为颗粒在其方向上更稳定。

理论上,这些发现意味着可以修饰Janus颗粒的几何特征,而无需它们的表面化学物质变得改变以产生稳定或不稳定的乳液。

总之,这项工作为各向异性布朗粒子在界面上的动力学和自组装提供了重要和基本的见解,这可能更好地指导工程界面的设计和制造。

“此外,我们可以采用我们的DPD模拟来优化纳米级的系统,在进行和表征实验中往往极具挑战性和耗时的时间,”Natale说。

文章“在液-液界面上的布朗Janus棒动力学”是由Mohammad Tanvir Hossain, Ian Gates和Giovanniantonio Natale撰写的。这篇文章将刊登在物理的流体2022年1月25日。在此日期之后,可在http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0076148

关于期刊

物理的流体致力于向气体,液体和复杂流体的动态发布原始理论,计算和实验贡献。看https://aip.scitation.org/journal/phf

期刊:流体物理学
DOI:10.1063/5.0076148
文章标题:液-液界面上的布朗Janus棒动力学
文章出版日期:25-1月2022

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拉里·弗拉姆
美国物理学会
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