颗粒聚集对干燥胶体二氧化硅层结构的作用
软凝聚态物质
2020-12-11 v1
摘要
胶体干燥过程在光子学或生物技术等诸多领域促成了颗粒自组装。然而，驱动干燥胶体层中最终颗粒排布的机制与条件仍不清楚。在此，我们考察了干燥速率如何在四种不同的二氧化硅纳米球悬浮液中选定厚干燥层的纳米结构。根据颗粒尺寸与分散度，在干燥表面发生无定形排布、结晶排布，或依赖于速率的无定形到结晶转变。在最两种最宽分散度的悬浮液中观察到无定形排布，而当分散度较低时出现结晶性。反直觉地，在后一种情况下，更高的干燥速率有利于颗粒的有序化。为补充这些测量并评估层的整体性质，我们对层孔隙率进行了测试。在所研究的所有悬浮液中，更快的干燥产生更致密的干燥层。结晶表面排布意味着较大的整体体积分数（ 0.65），而无定形排布可出现在体积分数较低（低至 0.53）或较高（ 0.65）的层中。最后，我们通过有针对性的附加实验与 SAXS 测量表明，层的堆积结构主要由聚集体形成及其后续堆积驱动，而非由布朗扩散与对流之间的竞争驱动。这凸显出，除 Peclet 数外，还应考虑第二个无量纲比值，即聚集与蒸发时间尺度之比。
引用
@article{arxiv.2012.05539,
title = {Role of particle aggregation on the structure of dried colloidal silica layers},
author = {Arnaud Lesaine and Daniel Bonamy and Cindy Rountree and Georges Gauthier and Marianne Impéror-Clerc and Veronique Lazarus},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.05539},
year = {2020}
}