Пятнистые частицы
Лоскутные частицы представляют собой микронные или наноразмерные коллоидные частицы, имеющие анизотропный рисунок либо за счет модификации химического состава поверхности частиц («энтальпийные пятна»), либо за счет модификации химического состава поверхности частиц («энтальпийные пятна»). [1] через форму частиц («энтропийные пятна»), [2] или оба. [3] Частицы имеют отталкивающее ядро и высокоинтерактивные поверхности, которые позволяют осуществлять такую сборку. [2] Размещение этих пятен на поверхности частицы способствует сцеплению с пятнами на других частицах. Лоскутные частицы используются как сокращение для моделирования анизотропных коллоидов. [1] белки [4] и вода [5] и за разработку подходов к синтезу наночастиц. [6] Лоскутные частицы имеют валентность от двух ( частицы Януса ) и выше. [7] Неравномерные частицы с валентностью три и более подвергаются разделению фаз жидкость-жидкость. [8] [9] Некоторые фазовые диаграммы неоднородных частиц не подчиняются закону прямолинейных диаметров. [8]
Сборка неоднородных частиц
[ редактировать ]Симуляторы
[ редактировать ]Взаимодействие между неоднородными частицами можно описать комбинацией двух разрывных потенциалов. Потенциал твердой сферы, учитывающий отталкивание между ядрами частиц, и квадратичный потенциал притяжения, отвечающий за притяжение между участками . [8] [9] Имея в виду потенциал взаимодействия, можно использовать различные методы для расчета термодинамических свойств.
Молекулярная динамика
[ редактировать ]Использование непрерывного представления [8] Описанный выше разрывный потенциал позволяет моделировать неоднородные частицы с помощью молекулярной динамики.
Монте-Карло
[ редактировать ]Одно проведенное моделирование включает в себя метод Монте-Карло , где наилучшее «движение» обеспечивает равновесие частицы. Одним из видов перемещения является рототрансляция. Это осуществляется путем выбора случайной частицы, случайных угловых и радиальных смещений и случайной оси вращения. [10] Перед моделированием необходимо определить вращательные степени свободы. Затем частица вращается/перемещается в соответствии с этими значениями. Кроме того, необходимо контролировать шаг интегрирования по времени, поскольку он будет влиять на результирующую форму/размер частицы. Еще одно выполненное моделирование — это великий канонический ансамбль. В большом каноническом ансамбле система находится в равновесии с тепловой ванной и резервуаром частиц. [10] Объем, температура и химический потенциал фиксированы. Из-за этих констант меняется число частиц (n). Обычно это используется для мониторинга фазового поведения. Благодаря этим дополнительным перемещениям частица добавляется в случайной ориентации и случайном положении.
Другие модели включают смещенные движения Монте-Карло. Один из типов — это агрегированные движения, связанные с смещением объема. Он состоит из 2 ходов; первый пытается образовать связь между двумя ранее несвязанными частицами, второй пытается разорвать существующую связь путем разделения. Агрегационные перемещения объема смещения отражают следующую процедуру: выбираются две частицы I и J, не являющиеся соседними частицами, частица J перемещается внутрь связующего объема частицы I. Этот процесс осуществляется равномерно. Другое движение смещения объема агрегации следует методу случайного выбора частицы J, которая связана с I. Затем частица J перемещается за пределы связывающего объема частицы I, в результате чего две частицы больше не связаны. [10] Третий тип агрегатного смещения объема берет частицу I, связанную с частицей J, и вставляет ее в третью частицу.
Большой канонический ансамбль улучшается за счет смещения объема агрегации. Когда применяются движения смещения объема агрегации, скорость образования и истощения мономеров в усиленном и большом каноническом ансамбле увеличивается.
Вторая предвзятая симуляция Монте-Карло — это виртуальный ход Монте-Карло. Это алгоритм перемещения кластера. Это было сделано для улучшения времени релаксации в сильно взаимодействующих системах с низкой плотностью и для лучшего приближения диффузионной динамики в системе. [10] Такое моделирование хорошо подходит для самособирающихся и полимерных систем, которые могут находить естественные движения, расслабляющие систему.
Самостоятельная сборка
[ редактировать ]Самосборка также является методом создания неоднородных частиц. Этот метод позволяет формировать сложные структуры, такие как цепи, листы, кольца, икосаэдры, квадратные пирамиды, тетраэдры и витые лестничные конструкции. [1] Покрывая поверхность частиц сильно анизотропными, сильно направленными и слабо взаимодействующими участками, расположение притягивающих участков может организовать неупорядоченные частицы в структуры. Покрытие и расположение привлекательных пятен – это то, что влияет на размер, форму и структуру получаемых частиц. [1]
Возникающая валентная самосборка
[ редактировать ]Разработка энтропийных участков, которые будут самособираться в простые кубические , объемно-центрированные кубические (ОКЦ), алмазные и додекагональные квазикристаллические структуры. Локальная координационная оболочка частично определяет собираемую структуру. [2] Сферы моделируются с кубической, октаэдрической и тетраэдрической огранкой. Это позволяет энтропийным пятнам самособираться.
Тетраэдрические граненые сферы нацелены на начало с простых сфер. В соответствии с гранями тетраэдра сфера разделена на четыре равные грани. Моделирование Монте-Карло было выполнено для определения различных форм α, количества огранок. [2] Конкретное количество огранки определяет собираемую решетку. Простые кубические решетки создаются аналогичным образом путем разрезания кубических граней на сферы. Это позволяет собирать простые кубические решетки. Кристалл ОЦК получается путем октаэдрической огранки сферы. [2]
Величина огранки α используется при самосборке возникающей валентности, чтобы определить, какая кристаллическая структура сформируется. Идеальная сфера имеет значение α=0. Форма, ограненная сфере, определяется как α=1. [2] Изменяя количество огранок между α=0 и α=1, решетка может измениться. Изменения включают влияние на самосборку, структуру упаковки, степень координации участка огранки со сферой, форму участка огранки, тип образующейся кристаллической решетки и прочность энтропийного участка. [2]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Чжан, Чжэньли; Глотцер, Шэрон К. (2004). «Самосборка неоднородных частиц». Нано-буквы . 4 (8): 1407–1413. Бибкод : 2004NanoL...4.1407Z . дои : 10.1021/nl0493500 . ПМИД 29048902 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г ван Андерс, Грег; Ахмед, Н. Халид; Смит, Росс; Энгель, Майкл; Глотцер, Шэрон К. (2014). «Энтропически неоднородные частицы: инженерная валентность посредством энтропии формы». АСУ Нано . 8 (1): 931–940. arXiv : 1304.7545 . дои : 10.1021/nn4057353 . ПМИД 24359081 .
- ^ Глотцер, Шэрон С.; Соломон, Майкл Дж. (2007). «Анизотропия строительных блоков и их сборка в сложные конструкции». Природные материалы . 6 (8): 557–562. дои : 10.1038/nmat1949 . ПМИД 17667968 .
- ^ Фуско, Диана; Шарбонно, Патрик (2013). «Кристаллизация асимметричных пятнистых моделей глобулярных белков в растворе». Физика преп . Э. 88 (1): 012721. arXiv : 1301.3349 . Бибкод : 2013PhRvE..88a2721F . дои : 10.1103/PhysRevE.88.012721 . ПМИД 23944504 .
- ^ Колафа, Иржи; Незбеда, Иво (май 1987 г.). «Моделирование Монте-Карло на примитивных моделях воды и метанола». Молекулярная физика . 61 (1): 161–175. дои : 10.1080/00268978700101051 . ISSN 0026-8976 .
- ^ Павар, Амар Б.; Кречмар, Илона (2010). «Изготовление, сборка и применение неоднородных частиц» . Макромолекулярная быстрая связь . 31 (2): 150–168. дои : 10.1002/marc.200900614 . ПМИД 21590887 .
- ^ Ван, Юфэн; Ван, Ю; Брид, Дана Р.; Манохаран, Винотан Н.; Фэн, Ланг; Холлингсворт, Эндрю Д.; Век, Маркус; Пайн, Дэвид Дж. (1 ноября 2012 г.). «Коллоиды с валентностью и специфической направленной связью» (PDF) . Природа . 491 (7422): 51–55. Бибкод : 2012Natur.491...51W . дои : 10.1038/nature11564 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 23128225 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Эспиноза, Хорхе Р.; Гарайзар, Адиран; Вега, Карлос; Френкель, Даан; Коллепардо-Гевара, Розана (14 июня 2019 г.). «Нарушение закона прямолинейного диаметра и связанные с ним неожиданности сосуществования жидкости и пара в системах неоднородных частиц» . Журнал химической физики . 150 (22): 224510. дои : 10.1063/1.5098551 . ISSN 0021-9606 . ПМК 6626546 . ПМИД 31202247 .
- ^ Перейти обратно: а б Бьянки, Эмануэла; Ларго, Хулио; Тарталья, Пьеро; Заккарелли, Эмануэла; Скиортино, Франческо (16 октября 2006 г.). «Фазовая диаграмма неоднородных коллоидов: к пустым жидкостям». Письма о физических отзывах . 97 (16): 168301. arXiv : cond-mat/0605701 . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.168301 . ПМИД 17155440 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ровигатти, Лоренцо-младший; Романо, Флавио (2018). «Как моделировать неоднородные частицы». Европейский физический журнал Э. 49 (59): 59. arXiv : 1802.04980 . дои : 10.1140/epje/i2018-11667-x . ПМИД 29748868 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Связанное чтение
[ редактировать ]- Амар Б. Павар и Илона Кречмар «Изготовление, сборка и применение неоднородных частиц», Macromolecular Rapid Communications, 31, стр. 150-168 (2010).
- Виллем К. Кегель и Хенк Н.В. Леккеркеркер «Коллоидные гели: глина становится неоднородной», Nature Materials 10 стр. 5–6 (2011)
- Чжэнпин Хэ и Илона Кречмар «Изготовление неоднородных частиц с однородными пятнами с помощью шаблонов», Ленгмюр, 28 стр. 9915-9919 (2011).
- Страница SKlogWiki о неоднородных частицах