利用纳米定位精度全内反射暗场显微镜探测分散纳米粒子在油水界面上的微秒动力学
软凝聚态物质
2025-07-10 v1 材料科学
摘要
流体-流体界面上的颗粒在工业、技术和科学领域具有广泛的重要应用。关于吸附动力学、颗粒间相互作用以及不同尺寸颗粒及颗粒与表面活性剂混合物的行为仍存在疑问。本文采用高速全内反射暗场(TIR-DF)显微镜探测油水界面上纳米粒子的动力学，比较直径为20、40和80纳米的金粒子，并研究添加表面活性剂的效果。我构建的TIR-DF显微镜在空间-时间分辨率可达1纳米和20微秒。通过直接成像表征粒子运动，用于描述界面平面内的扩散运动，以及光散射衰减和平面内运动描述垂直运动。添加表面活性剂后，颗粒与界面之间的相互作用发生了质变：吸附过程变得可逆，扩散系数的尺寸趋势被颠倒(较大粒子扩散速度快于较小粒子)。结合较大粒子稀少吸附事件的事实，我提出在表面活性剂界面上存在尺寸相关的吸附势垒。此外，在表面活性剂界面上，许多粒子在轨迹过程中表现出不同的扩散行为，表明存在在实验时间尺度(约1秒)上稳定的几种不同的浸入状态。本研究表明，油水界面上仍存在质变的纳米粒子动力学待探索。只有在高空间分辨率下，以及在高速成像速度下，才能解析这些动力学，凸显探测可实现时空分辨率限制的新型成像方法的重要性。
引用
@article{arxiv.2507.06238,
title = {Probing microsecond dynamics of disperse nanoparticles at oil-water interfaces using nanometer localization precision total-internal-reflection dark-field microscopy},
author = {Anne Y. Schumacher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.06238},
year = {2025}
}