Simuleringer kaster betydeligt lys over janus-partikler

Opkaldt efter en romersk gud refererer Janus-partikler til nanopartikler, der besidder overflader med to eller flere forskellige fysisk-kemiske egenskaber.

De specielle nanopartikler blev introduceret til det videnskabelige samfund af Nobelprisvinderen Pierre-Gilles de Gennes i 1991, som påpegede, at "objekter med to sider af forskellig befugtning har den unikke fordel, at de selv samler sig tæt ved væske-væske grænseflader," og som følge heraf. , der genererer nye kolloide strukturer.

Den resulterende kemiske asymmetri førte til opdagelsen af ​​nye og usædvanlige molekylære egenskaber, hvilket gør Janus-partikler relevante for en lang række anvendelser, fra biomedicin til vandafvisende tekstiler til fremstilling af membraner med justerbare egenskaber.

I Physics of Fluids , forskere fra University of Calgary, i Alberta, Canada, bruger dissipative partikeldynamik (DPD) simuleringer til at undersøge den translationelle diffusion af Janus nanopartikler ved grænsefladen mellem to ublandbare væsker, ude af stand til at blande eller opnå homogenitet.

Med fokus på en klynge af sfæriske partikler, der bruges til at skabe et stivt legeme af Janus-stænger, kaster simuleringerne lys over nanopartiklernes dynamiske opførsel, med varierende overfladebelægninger og størrelser, ved en vand-olie-grænseflade. Værket afslører en stærk indflydelse af deres form på deres orientering ved grænsefladen såvel som på deres mobilitet.

"Som et resultat ændrer disse varierende individuelle reaktioner grænsefladespændingen af ​​hele systemet, hvilket påvirker rheologi og dermed behandlingsskemaer," sagde medforfatter Giovanniantonio Natale.

Natale og hans kolleger beskriver en "vipning og tumbling"-effekt på grund af tilstedeværelsen af ​​lokale energiminima ved grænsefladen, en effekt, der varierer med sideforholdet mellem Janus-stængerne og overfladedækningen af ​​deres belægninger.

Grænsefladespændingen er vist at reducere med øget billedformat, når partikler skifter fra en oprejst position til en skrå orientering. Spændingen reduceres, når belægningerne er vandrette snarere end lodrette, da partiklerne er mere stabiliserede i deres orientering.

I teorien indebærer disse resultater, at Janus-partiklernes geometriske karakteristika kan modificeres, uden at deres overfladekemi bliver ændret til at producere enten stabile eller ustabile emulsioner.

Alt i alt giver værket en væsentlig og grundlæggende indsigt i dynamikken og selvsamlingen af ​​anisotrope brownske partikler ved grænseflader, hvilket kan bedre informere design og fremstilling af konstruerede grænseflader.

"Desuden kan vi bruge vores DPD-simuleringer til at optimere systemer på nanoskala, hvor udførelse og karakterisering af eksperimenter ofte er ekstremt udfordrende og tidskrævende," sagde Natale. + Udforsk yderligere

Ny vej til storstilet syntese af Janus-partikler