Self-organization of nanoparticles and molecules in periodic Liesegang-type structures.
Self-organization of nanoparticles and molecules in periodic Liesegang-type structures.
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DOI：
10.1126/sciadv.abe3801
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发表时间：
2021-04
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Kumacheva E
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ackroyd AJ;Holló G;Mundoor H;Zhang H;Gang O;Smalyukh II;Lagzi I;Kumacheva E
从纤维素纳米晶体和l-（+）-酒石酸的悬浮液中蒸发溶剂导致周期性的环型图案。反应扩散系统中的化学组织为生成具有有序形态和结构层次的材料提供了一种策略。周期性结构由分子或纳米颗粒形成。在新的导向因子和材料的前提下，一个新兴的前沿是设计系统，其中沉淀伙伴是纳米粒子和分子。我们表明，溶剂蒸发从悬浮液的纤维素纳米晶体（CNCs）和l-（+）-酒石酸[l-（+）-TA]引起相分离和沉淀，这是与反应/扩散耦合，结果在节奏交替的CNCs丰富和l-（+）-TA丰富的环。富含CNC的区域具有双相结构，而富含l-（+）-TA的带由径向排列的细长束形成。图案的移动边缘以有限的恒定速度传播，这使得能够通过改变膜制备条件来控制周期性。这项工作扩展了自组织反应扩散系统的知识，并为自组织材料的设计提供了一种策略。
Solvent evaporation from a suspension of cellulose nanocrystals and l-(+)-tartaric acid leads to periodic ring-type patterns. Chemical organization in reaction-diffusion systems offers a strategy for the generation of materials with ordered morphologies and structural hierarchy. Periodic structures are formed by either molecules or nanoparticles. On the premise of new directing factors and materials, an emerging frontier is the design of systems in which the precipitation partners are nanoparticles and molecules. We show that solvent evaporation from a suspension of cellulose nanocrystals (CNCs) and l-(+)-tartaric acid [l-(+)-TA] causes phase separation and precipitation, which, being coupled with a reaction/diffusion, results in rhythmic alternation of CNC-rich and l-(+)-TA–rich rings. The CNC-rich regions have a cholesteric structure, while the l-(+)-TA–rich bands are formed by radially aligned elongated bundles. The moving edge of the pattern propagates with a finite constant velocity, which enables control of periodicity by varying film preparation conditions. This work expands knowledge about self-organizing reaction-diffusion systems and offers a strategy for the design of self-organizing materials.
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