Aktive Partikel kneten dreidimensionale Gele in offene Krümel

Kolloidale Gele sind herausragende Beispiele für funktionale Materialien, die ungeordnete, amorphe und dennoch meta-stabile Formen aufweisen. Sie erhalten ihre Stabilität durch kurzreichweitige Anziehungskräfte, und ihre Materialeigenschaften sind durch externe Kräfte anpassbar. Durch die Kombination von persistierenden Homologieanalysen und Simulationen von dreidimensionalen kolloidalen Gelen, die mit aktiven Partikeln dotiert sind, enthüllen wir neuartige dynamisch sich entwickelnde Strukturen kolloidaler Gele. Insbesondere zeigen wir, dass die lokale Einspeisung von Energie durch aktive Dotierstoffe zu hochporösen, jedoch kompakten Gelstrukturen führen kann, die den Transport aktiver Partikel innerhalb des modifizierten kolloidalen Gels erheblich beeinflussen können. Wir zeigen weiterhin das erheblich unterschiedliche strukturelle Verhalten zwischen aktiver Dotierung von 2D- und 3D-Systemen auf, indem wir offenbaren, wie passive Schnittstellen eine topologisch verschiedene Rolle im Umgang mit aktiven Partikeln in zwei und drei Dimensionen spielen. Die Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit, eine Vielzahl von kompakten, jedoch hochgradig heterogenen und durchlässigen porösen Medien durch aktive Dotierung von 3D-passivem Material zu bilden, was vielfältige Implikationen für das Design neuer funktionaler Materialien zur aktiven Bodenreinigung hat.