Capillary-driven self-assembly of soft ellipsoidal microgels at the air–water interface

材料科学 椭球体 壳体(结构) 聚苯乙烯 算法 分析化学(期刊) 纳米技术 物理 计算机科学 化学 复合材料 聚合物 色谱法 天文
作者
Nabanita Hazra,Andrey A. Rudov,Jiarul Midya,A. V. Babenyshev,Steffen Bochenek,Martin Frenken,Walter Richtering,Gerhard Gompper,Thorsten Auth,Igor I. Potemkin,Jérôme J. Crassous
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (52)
标识
DOI:10.1073/pnas.2403690121
摘要

The adsorption of ellipsoidal colloidal particles on liquid interfaces induces interfacial deformation, resulting in anisotropic interface-mediated interactions and the formation of superstructures. Soft prolate-shaped microgels at the air-water interface offer an ideal model for studying spontaneous capillary-driven self-assembly due to their tunable aspect ratio, controlled functionality, and softness. These microgels consist of a polystyrene core surrounded by a cross-linked, fluorescently labeled poly( N -isopropylmethylacrylamide) shell. By uniaxially stretching the particles embedded in polyvinyl alcohol films, the aspect ratio ρ can be finely adjusted. ρ was found to vary from 1 to 8.8 as estimated in their swollen conformation at 20 ° C from confocal laser scanning microscopy. The spontaneous interfacial self-assembly at the air–water interface is investigated through fluorescence microscopy, theoretical calculations, and computer simulations. A structural transition occurs from a seemingly random assembly for small aspect ratios to compact clusters, which transform into a side-to-side assembly forming long chains for high aspect ratios. The influence of the poly( N -isopropylmethacrylamide) shell on the assembly indicates a significant ρ -dependent microgel deformation. This deformation, in turn, determines the average distance between the particles. Consequently, capillary-driven self-assembly of soft anisotropic colloids becomes a powerful mechanism for structuring interfaces and designing microstructured materials.

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