Tunable coffee-ring patterns of sessile suspension droplets through silica particle encapsulation with thermo-responsive block copolymers

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作者
Seong Hwan Kim,Yoon Huh,Baek Sung Park,Kevin Injoe Jung,You‐Yeon Won,Joona Bang,Hyun Wook Jung
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:494: 152929-152929
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152929
摘要

Silica (Si) particles coated with poly(methyl methacrylate-b-N-isopropylacrylamide) (PMMA-b-PNIPAM) block copolymers (Si-PM-PN particles) were engineered to mitigate the coffee-ring effect (CRE) frequently encountered during the drying process of particulate suspensions. Leveraging the thermo-responsive transition between the hydrophilic and hydrophobic states of PNIPAM, with its lower critical solution temperature (LCST) around 32 °C, enabled precise adjustment of the CRE. Through microrheological analysis using multi-speckle diffusing wave spectroscopy and observation under an optical microscope, the dynamic behaviors of Si-PM-PN particles in sessile suspension droplets during drying were scrutinized both below and above the LCST. Above the LCST, the Si-PM-PN particles exhibited hydrophobic characteristics, with some migrating toward the center along the droplet interface, resulting in a more uniform particle distribution post-drying. Conversely, below the LCST, the homogeneously dispersed Si-PM-PN particles displayed rapid Brownian motion, contributing to a pronounced CRE. This approach, involving the surface treatment of particles with thermo-responsive polymers, effectively altered the droplet pattern by modulating particle interactions with the air–water interface.
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