Assembly of multi-flavored two-dimensional colloidal crystals.
Assembly of multi-flavored two-dimensional colloidal crystals.
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DOI：
10.1039/c7sm01005b
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发表时间：
2017-08-16
期刊：
影响因子：
3.4
通讯作者：
Mittal J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mahynski NA;Zerze H;Hatch HW;Shen VK;Mittal J
我们系统地研究了二元多味胶体混合物的二维组装。在这些混合物中，物种之间的所有成对相互作用都可以独立地调节。这比具有固定混合规则的更传统的二元混合物引入了额外的自由度，预计这将为定向自组装开辟新的途径。目前，胶体自组装成非平凡的晶格往往需要各向同性相互作用的粒子的高压，或引入定向各向异性相互作用。在这里，我们展示了可调组装成过多的结构，不需要这些条件。我们开发了一个最小的模型，定义了一个三维相空间，每个成对的相互作用包含一个维度，然后采用各种计算技术来映射出该相空间的区域，在该区域中，系统自组装成这些不同的形态。然后，我们提出了一个平均场模型，能够再现这些结果的大小对称的混合物，揭示了如何通过调整成对的相互作用，溶液化学计量，或两者兼而有之的目标不同的结构。关于颗粒大小的不对称性，我们发现在这个模型的相空间中的域，对应于不同的形态，往往会经历一个连续的“旋转”，其大小是成比例的大小不对称性。这种连续性使人们能够估计任意大小的不对称性的不同的晶格的相对稳定性。由于它的简单性和准确性，我们希望这个模型可以作为一个有价值的设计工具，工程二元胶体晶体从多味成分。
We systematically investigate the assembly of binary multi-flavored colloidal mixtures in two dimensions. In these mixtures all pairwise interactions between species may be tuned independently. This introduces an additional degree of freedom over more traditional binary mixtures with fixed mixing rules, which is anticipated to open new avenues for directed self-assembly. At present, colloidal self-assembly into non-trivial lattices tends to require either high pressures for isotropically interacting particles, or the introduction of directionally anisotropic interactions. Here we demonstrate tunable assembly into a plethora of structures which requires neither of these conditions. We develop a minimal model that defines a three-dimensional phase space containing one dimension for each pairwise interaction, then employ various computational techniques to map out regions of this phase space in which the system self-assembles into these different morphologies. We then present a mean-field model that is capable of reproducing these results for size-symmetric mixtures, which reveals how to target different structures by tuning pairwise interactions, solution stoichiometry, or both. Concerning particle size asymmetry, we find that domains in this model’s phase space, corresponding to different morphologies, tend to undergo a continuous “rotation” whose magnitude is proportional to the size asymmetry. Such continuity enables one to estimate the relative stability of different lattices for arbitrary size asymmetries. Owing to its simplicity and accuracy, we expect this model to serve as a valuable design tool for engineering binary colloidal crystals from multi-flavored components.
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DOI：
10.1063/1.4949758
发表时间：
2016-05-21
期刊：
The Journal of chemical physics
影响因子：
--
作者：
Hatch HW;Krekelberg WP;Hudson SD;Shen VK
通讯作者：
Shen VK