[논문 리뷰] Controlling morphology-structure of particles via plastically driven geometric tiny particles and effect of photons on the structures under varying process conditions

Mubarak Ali, I‐Nan Lin|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 14.

Pickering emulsions and particle stabilization인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 조절된 광자 및 전기 펄스 조건 하에서 플라스틱적으로 구동되는 기하학적 미세입자를 이용해 나노스케일에서 마이크론 크기의 콜로이드 입자의 형태와 구조를 제어하는 것을 보여준다. 전기 펄스의 OFF 대 ON 시간 비율과 광자 조사량을 조절함으로써, 연결된 삼각형 및 기하학적으로 길쭉한 형태와 같은 다양한 이방성 형태가 형성되며, 전자 확산이 효과적으로 유지될 경우에만 광자가 길쭉한 입자의 표면을 매끄럽게 한다.

ABSTRACT

Controlling morphology-structure of colloidal matter at nanoscale to micron are unusual phenomena as they may exhibit different characteristics. In this work, different morphology-structure of colloidal particles has been investigated. At air-solution interface, different geometric tiny particles are made on cropping monolayer assembly of gold atoms under tailored energy-shape photons depending on the ratio of bipolar pulse OFF to ON time. Tiny particles having connected triangles are made under suitable bipolar pulse mode, each one of them divides into two triangular-shaped tiny particles under the difference of opposite field force. However, at unipolar pulse mode triangular-shaped tiny particles are made directly. At electron-solution interface, impinging electron streams elongate to such tiny particles and packing under uniform drive at photon-solution interface result into various geometric anisotropic shaped particles. When the ratio of bipolar pulse OFF to ON time is very large, the resulting particles are distorted while those developed at smaller values of this ratio reveal geometric anisotropic shapes. When the ratio of bipolar pulse OFF to ON time is 3, resulted particles reveal lower aspect ratio to those developed at inverse value of this ratio. At longer pulse ON time, geometric tiny particles elongated more and travelling photons modified them into smooth elements whose width is less than inter-spacing distance. When elongation of tiny particles exceeds the level where diffusion of electron states of atoms is no longer workable, travelling photons do not modify them into smooth elements. We discuss morphology-structure of particles developing under uniform and non-uniform drives of plastically-driven geometric tiny particles along with roles of photons under varying conditions.

연구 동기 및 목표

• 제어된 전기적 및 광학적 자극 하에서 플라스틱적으로 구동되는 기하학적 미세입자가 어떻게 형성되는지 조사하기.
• 다양한 펄스 조건 하에서 성장 중인 입자의 형태를 수정하는 데 있어 광자 조사의 역할을 이해하기.
• 이중극성 펄스의 OFF 대 ON 시간 비율이 입자의 이방성 및 구조적 왜곡에 미치는 영향을 규명하기.
• 광자 조사 조건에서 거친 길쭉한 입자가 매끄럽고 밀도 높은 형태로 전이되는 과정을 검토하기.
• 삼각형 및 연결된 삼각형 형태의 입자를 유도하는 데 있어 단극성 대 이중극성 펄스 모드의 차이를 비교하기.

제안 방법

• 공기-용액 인터페이스에서 금 원자로 이루어진 단층 구조를 입자 핵형성의 기초로 활용하기.
• 조절 가능한 OFF/ON 시간 비율을 가진 특수 설계된 이중극성 및 단극성 전기 펄스를 적용하여 연성 변형과 입자 형성 유도하기.
• 전자-용액 인터페이스에서 광자 조사를 통해 입자 형태와 표면 매끄러움을 수정하기.
• 다양한 펄스 지속 시간과 광자 조사 조건 하에서 길이 대 너비 비율과 기하학적 이방성의 변화를 통해 입자 진화 모니터링하기.
• 전자 확산 역학과 광자 유도 매끄러움 효과 간의 상호작용 분석하기.
• 균일한 대 비균일한 구동 조건에서 형성된 입자 구조를 비교하여 형태 제어 메커니즘 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중극성 펄스의 OFF 대 ON 시간 비율이 형성된 입자의 이방성과 왜곡에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 광자가 길쭉하고 거친 입자를 매끄럽고 밀도 높은 요소로 전환시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 왜 단극성 펄스 조건에서는 삼각형 형태의 입자가 직접 형성되는 반면, 이중극성 펄스 조건에서는 연결된 삼각형 형태의 구조가 생성되는가?
• RQ4 광자가 입자를 매끄럽게 하지 못하는 조건는 무엇이며, 이러한 과정을 제한하는 요소는 무엇인가?
• RQ5 전자 확산은 광자 유도 형태 변화의 효과성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이중극성 펄스의 OFF/ON 비율이 3일 경우, 반대 비율보다 낮은 길이 대 너비 비율을 나타내어 펄스 타이밍을 통한 형태 제어 가능함을 시사한다.
• OFF/ON 비율이 매우 클 경우, 질서 있는 성장에 필요한 구동력이 부족해져 결과적으로 입자가 왜곡되는 경향이 있다.
• 단극성 펄스 모드에서는 삼각형 형태의 입자가 직접 형성되며, 최적화된 이중극성 펄스 조건에서는 연결된 삼각형 형태의 구조가 나타난다.
• 긴 펄스 ON 시간 조건에서 형성된 길쭉한 입자는 전자 상태의 확산이 효과적으로 유지될 경우에만 이동하는 광자가 매끄러운 형태로 수정한다.
• 길쭉함이 전자 상태의 확산 한계를 초과할 경우, 광자 유도 매끄러움이 실패하여 형태 정련이 불가능하다.
• 광자-용액 인터페이스에서 균일한 구동 조건은 다양한 기하학적 이방성 입자 형성에 기여하며, 이는 나노스케일에서 광자 에너지가 물질 형성에 미치는 역할을 강조한다.