[論文レビュー] The study of tiny-shaped particles developing mono-layer dealing localized gravity at solution surface

Mubarak Ali|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2016

Electrohydrodynamics and Fluid Dynamics被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、溶液界面における微小形状粒子から単層構造が形成される過程を調査し、ナノエネルギー・パケットを調整した双極性パルスが、三角形粒子を安定な単層に整列させることを実証している。このプロセスにより、重力が制御された空気-溶液界面で急速な自己集合が可能となり、横方向の接着はマイクロ秒スケールで完了する。これにより、高精度なナノデバイスの製造への道筋が示された。

ABSTRACT

The coalescence of tiny particles into a larger particle is valuable. A tiny-shaped particle becomes a building block of the larger particle. On dissociation, atoms gather in the monolayer shape at the solution surface. Assembling of building blocks nucleates a mono layer shape. The nucleated mono layer shape extends adjacently on adhering structures of smooth elements in the later coalesced tiny-shaped particles. Thus while processing different colloidal solutions, the study of mono layer shape is vital. At an electronically flat solution surface, atoms of monolayer assembly undertake the transition states. Such atoms bind in the shape of supplied nanoenergy packets. When nanoenergy packets are related to the tuned bipolar pulses, blocks of connected triangle-shaped tiny particles get developed. Upon leaving the electronically flat solution surface, a block of connected tiny-shaped particles separates into two equal tiny-shaped particles. On exerting forces, an elongating atom adheres to the lower-sided positioned elongating atom. In this way, atoms of array convert into the structures of smooth elements. At the air-solution interface, the forcing energy of travelling photons flatten the structures of smooth elements. Tiny-shaped particles coming from different regions of the solution surface develop a mono layer shape in the region of concave meniscus. Upon assembling and adhering adjacent-wise structures of smooth elements, the mono layer shape related to geometric particle develops. A force of gravity becomes greater than force of levity in upper shaped mono layer and a force of levity becomes greater than force of gravity in underneath shaped mono layer. Process of adhering lateral-wise two mono layer shapes completes only in a few microseconds. Monolayer and mono layer have different use in this study. Study also targets the featured devices.

研究の動機と目的

• 制御されたエネルギー入力のもとで、微小形状粒子が溶液界面に自発的に単層構造へと集合するメカニズムを理解すること。
• ナノエネルギー・パケットおよび双極性パルスが、三角形粒子配置の核形成および安定化に果たす役割を調査すること。
• 上層および下層の単層形状の安定性および配向に影響を及ぼす重力および浮力の力の影響を分析すること。
• 単層構造間の横方向接着のダイナミクスを分析し、ナノデバイスの製造応用を検討すること。
• 空気-溶液界面における光子誘発力が、滑らかな要素構造の平坦化および安定化に果たす役割を検討すること。

提案手法

• 特定の幾何的形状に原子結合を誘発させるために、調整された双極性パルスを用いてナノエネルギー・パケットを供給する。
• 電子的に平坦な溶液界面における単層原子の遷移状態をモニタリングし、粒子集合体の核形成を制御する。
• 溶液界面から分離する際に、接続された三角形形状の粒子ブロックが等サイズの粒子に分離されることを観察する。
• 上層では重力が浮力を上回り、下層では逆に浮力が重力を上回るという力の不均衡が、構造的安定性に与える影響を分析する。
• 隣接する単層形状間の横方向接着の時間スケールを測定し、数マイクロ秒で完了することが判明した。
• 空気-溶液界面における光子力の働きを調査し、滑らかな要素構造の平坦化および安定化を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 調整された双極性パルスを介して供給されるナノエネルギー・パケットは、微小粒子の核形成および単層への形状形成にどのように影響を与えるか？
• RQ2 重力と浮力は、上層および下層の単層構造の配向および安定性を決定づける役割を果たすか？
• RQ3 溶液界面における隣接する単層構造間の横方向接着プロセスは、どの程度の速さで進行するか？
• RQ4 空気-溶液界面を伝わる光子は、滑らかな要素構造の平坦化および安定化にどのような寄与を果たすか？
• RQ5 異なる溶液領域からの粒子は、凹型ミネルス領域における単層形成にどのように寄与するか？

主な発見

• 微小形状粒子は、ナノエネルギー・パケットが誘発する原子結合によって単層核形成を経て、より大きな構造へと凝集する。
• 電子的に平坦な溶液界面から分離する際に、接続された三角形形状の粒子が2つの等サイズの粒子に分離される。
• 延長された原子が外力の作用を受けて下層の原子に接着することで、原子アレイが滑らかな要素構造に変換される。
• 2つの単層形状間の横方向接着は数マイクロ秒で完了し、極めてダイナミックな自己集合プロセスであることが示された。
• 上層単層構造では重力が支配的であり、下層では浮力が支配的である。この力のバランスが構造の配向および安定性に影響を与える。
• 多様な溶液領域からの粒子が、凹型ミネルス領域における単層形成に寄与しており、空間的に一貫した自己集合が生じていることが示唆された。