磁响应软各向异性微球的场驱动可逆取向和凝胶化。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:36
文章英文标题
Field-Driven Reversible Alignment and Gelation of Magneto-Responsive Soft Anisotropic Microbeads.
正文
磁场对胶体粒子的组装、动力学和重构提供了无约束的控制。然而,用可切换的磁偶极矩合成‘软’胶体粒子仍然是一个挑战,主要是由于相邻纳米粒子的偶极子强耦合。在本文中,我们提出了一种基于残馀偶极矩可调的软微球合成策略来克服这一根本挑战。微球由聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体和内嵌磁性纳米颗粒( MNPs )组成,在合成过程中,MNPs在PDMS微球基体中的分布和取向受外加磁场的控制,从而可以制备具有内嵌磁性纳米颗粒链的各向异性PDMS微球。我们研究并呈现了含磁性取向MNPs的微球与随机分布MNPs的微球在磁相互作用方面的差异。由于剩馀磁化强度的存在,微珠悬浮液中的粒子间相互作用导致微珠内嵌排列的MNP链自发形成渗流网络。我们通过施加磁化强度、退磁和再磁化循环来激发二维渗流网络的形成、破裂和改造,证明了结构的可调性。微珠悬浮体的力学响应通过振荡流变来量化,并与磁性微珠形成网络的倾向相关。我们还实验地将微珠的二维排列与地球磁场方向进行了关联。结果表明,软磁微球具有丰富的结构,可以作为模拟各种渗透网络、新型磁流变材料和智能凝胶的偶极体系相互作用的实验工具。
文章内容(英文)
Magnetic fields offer untethered control over the assembly, dynamics, and reconfiguration of colloidal particles. However, synthesizing \"soft\" colloidal particles with switchable magnetic dipole moment remains a challenge, primarily due to strong coupling of the dipoles of the adjacent nanoparticles. In this article, we present a way to overcome this fundamental challenge based on a strategy to synthesize soft microbeads with tunable residual dipole moment. The microbeads are composed of a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix with internally embedded magnetic nanoparticles (MNPs). The distribution and orientation of the MNPs within the PDMS bead matrix is controlled by an external magnetic field during the synthesis process, thus allowing for the preparation of anisotropic PDMS microbeads with internal magnetically aligned nanoparticle chains. We study and present the differences in magnetic interactions between microbeads containing magnetically aligned MNPs and microbeads with randomly distributed MNPs. The interparticle interactions in a suspension of microbeads with embedded aligned MNP chains result in the spontaneous formation of percolated networks due to residual magnetization. We proved the tunability of the structure by applying magnetization, demagnetization, and remagnetization cycles that evoke formation, breakup, and reformation of 2D percolated networks. The mechanical response of the microbead suspension was quantified by oscillatory rheology and correlated to the propensity for network formation by the magnetic microbeads. We also experimentally correlated the 2D alignment of the microbeads to the direction of earth's magnetic field. Overall, the results prove that the soft magnetic microbeads enable a rich variety of structures and can serve as an experimental toolbox for modeling interactions in dipolar systems leading to various percolated networks, novel magneto-rheological materials, and smart gels.
来源出处
Journal|[J]The Journal of Physical Chemistry B2021.
谷歌学术影响力
[db:学术影响力]
DOI
https://doi.org/10.1021/ACS.JPCB.1C03158

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