界面上椭球粒子的自组装和流变学

液体界面上受限的胶体粒子具有重要应用，例如在乳液和泡沫的稳定化中。此外，粒子在界面的自组装为新颖应用和结构化粒子薄膜提供了潜力。由于胶体粒子在界面的相互作用与体相中的不同，可以在界面上实现胶体微观结构，而这些结构在体相中无法产生。在本研究中，改变了粒子的形状、表面电荷和润湿性质，并研究了流体界面上粒子的自组装过程。通过机械拉伸法制备了模型单分散微米级椭球粒子。这些粒子经过选择，适合于光学显微镜的研究。当它们沉积在两种流体的界面时，形状诱导的毛细相互作用与静电排斥相竞争。改变表面电荷和界面位置可用于操控实验观察到的自组装过程。带电椭球在庚烷-水界面的初始微观结构由单个椭球与线性椭球链共存，在它们的顶端相连。在这些单分子层中，聚集行为通过光学显微镜结合定量图像分析进行研究，并观察到尖端-尖端的主导聚集。微观结构信息通过计算配对分布和取向分布函数并随时间变化进行量化。与油-水界面的粒子相比，处于空气-水界面的同表面化学和电荷的粒子似乎具有较弱的静电相互作用，并且在界面上也具有不同的平衡位置。后者导致毛细力的差异。随后静电和毛细力之间的平衡变化导致非常致密的网络，其典型构建单元为在顶端以三角形或花状配置相连的椭球。这些网络非常稳定，随时间没有变化。最终得到的单分子层在受压时表现出弹性并发生弯曲。此外，通过表面剪切流变学测量的这些单分子层的机械性质显示，即使在低表面覆盖率下，椭球的单分子层也表现出显著的表面模量，并且可以用于创建比同大小和表面特性的球体聚集网络更具弹性的单分子层。