登录 | 注册 | 汇款方式

服务热线 :

020-85167399/0769-22807299

您当前位置:首页 > 新闻动态
《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

时间:2021-04-08 12:25:50 点击:200次

各向异性形状的硬质颗粒的熵驱动自组装,其中颗粒的形状会引起新兴的化合价,这为纳米颗粒和胶体系统的设计提供了有用的视角。硬颗粒会自组装成各种晶体结构,其复杂程度从简单的密堆积结构到在晶胞中具有432个颗粒的结构,不一而足。然而,这种景观缺少开放结构的熵结晶。

《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

最近,美国密歇根大学Sharon C. Glotzer教授团队报告了硬颗粒的二维二进制混合物的自组装成开放的主体-客体结构,其中非凸的三角形主体颗粒形成了一个蜂窝状晶格,该蜂窝状晶格封装了较小的客体颗粒。值得注意的是,在没有焓相互作用的情况下,通过有效地将结构分为低熵和高熵亚晶格,可以形成这种开放结构。这是二维无热系统中首次报道的这种结构。作者讨论了在该系统中观察到的熵划分,并表明客体颗粒尺寸对结构稳定性的影响引起了可折返相行为。这种可重复性暗示了可重构胶体材料的可能性,并且通过在现场改变客体颗粒尺寸的同时显示组装行为来提供概念验证。

《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

作者发现为设计开放的胶体晶体以及展现出共结晶的二元体系提供了一种策略,到目前为止,这是难以捉摸的。相关论文以题为Shape-driven entropic self-assembly of an open, reconfigurable, binary host–guest colloidal crystal发表在《Soft Matter》上。

【主图解析】

《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

图1在这项工作中研究的粒子。主体粒子是一个等边三角形,其边缘处切出了一些凹口,其特征是凹口的深度d和长度l。客体颗粒是矩形,其特征在于其长宽比和相对于主体的长宽比。此处显示的客体颗粒的长径比为1:2,并占六聚体基序中主体颗粒面积的25%。

《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

图2二进制主机—来宾系统的自组装阶段图(a和b)和代表性快照(c–h)。对于切口深度为0.1σ的三角形主体颗粒,获得(a)中的数据,并且在化学计量xG = 0.5下获得(b)中的数据。在(a)和(b)中,像素颜色表示模拟结束时的顺序参数χ的值,在3个副本中取平均值。在(c–h)中的所有快照中,宿主粒子的特征是d =0.1σ和l =0.4σ。在所有情况下,主体颗粒的特征都是相对尺寸s /σ2= 0.25和长宽比为1:2。(c)中的快照显示了具有(a)中order参数最高值的系统;该系统包含由富客流体区分开的几个晶粒。请注意,对于具有固定数量的粒子,压力和温度的系统,吉布斯相变法则最多允许两相处于热力学平衡状态。实心区域和六聚体基序的放大快照分别显示在(d和e)中,显示了宿主-来宾结构的详细信息。(f–h)在每个字母表示的(a)中的相图区域中,显示了来自系统的代表性图案。无客体系统(f)显示出由主体颗粒形成的扭曲三角晶格的几个晶粒。富含宿主的系统(g)显示出稀疏的,被宿主占据的孔,被宿主的无序排列所包围,而富含宿主的系统(h)显示了被宿主和客户颗粒的混合流体所包围的被双重占据的孔簇。在所有快照中,突出显示被识别为属于六聚体的宿主颗粒,以帮助识别包含宿主-客体结构的区域。

《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

图3主客体系统的状态方程(a–d)和熔化压力(e)随客体颗粒尺寸和长宽比的变化而变化。堆积分数ϕ表示从恒压模拟开始的稳态堆积分数,该恒压模拟从具有理想化学计量比xG = 1/3和总颗粒数为2400的理想化结构开始。将熔融压力确定为状态方程显示最大变化的压力的平均值。对于状态方程,客体大小s/σ2是单个客体粒子相对于单个主体粒子所占的面积。将熔解压力绘制为客体颗粒rc的周球半径的函数,以强调当绘制为客体颗粒有效尺寸的函数的两条曲线之间的对齐。矩形客体的长宽比为2:1,主体的特征是缺口大小为d =0.1σ,l =0.4σ。

《软物质》形状驱动熵自组装体,可重新配置二进制主客体胶体晶体

图4可重新配置的主客体组件,其客体颗粒大小就地变化。在整个模拟过程中,客体粒子s /σ2的相对大小发生变化,从很小开始,逐渐增长,然后缩小到原始大小。(a)宾客人数用橙色虚线(较浅)表示,顺序参数χ用实线蓝色(较暗)表示。实线表示在10个模拟快照的窗口上订购参数的滚动平均值,而较浅的阴影表示瞬时值。(b–f)可重构性仿真期间的系统快照,来宾粒子的大小显示在每个快照的左下方。以下HPMC步骤拍摄的快照:(b)0.2×108,(c)0.7×108,(d)1.0×108,(e)1.4×108和(f)2.0×108。b–f)是第2节中定义为开放六聚体基序一部分的基团,并且按比例绘制了主体颗粒和客体颗粒。量化系统中主体-客体结构数量的阶数参数χ显示,当客体粒子处于相对于主体的特定尺寸范围内时,结构会组装,说明使用此类系统作为可重构材料的可能性。在此模拟中,主体颗粒的特征是缺口大小为d =0.1σ,l =0.4σ,客体颗粒的特征在于长径比为1:1,化学计量比固定为xG = 0.4。

参考文献:doi.org/10.1039/D0SM02073G

版权声明:「水凝胶」是由专业博士(后)创办的公众号,旨在分享学习交流高分子聚合物胶体学等领域的研究进展。上述仅代表作者个人观点。如有侵权或引文不当请联系作者修正。商业转载或投稿请后台联系编辑。感谢各位关注!

“本文由新材料在线®平台入驻媒体号「水凝胶」微信公众号提供,观点仅代表作者本人,不代表本网站及新材料在线®立场,本站不对文章内容真实性、准确性等负责,尤其不对文中产品有关功能性、效果等提供担保。本站提醒读者,文章仅供学习参考,不构成任何投资及应用建议。如需转载,请联系原作者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请与我们联系,我们将在第一时间处理!本站拥有对此声明的最终解释权。”


欧冠比分竞猜

返回

汇款方式

返回

员工查询系统

返回

 

返回

返回