[論文レビュー] 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)|May 14, 2016

Pickering emulsions and particle stabilization被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、調整された光パルスおよび電気パルス条件下で、塑的駆動による幾何的微小粒子を用いて、ナノスケールからマイクロスケールのコロイド粒子の形態と構造を制御することを示した。パルスのOFF時間とON時間の比を変化させ、光照射量を調整することで、連結した三角形や細長い粒子といった特徴的な異方的形状が形成され、光子は電子拡散が効果的である間のみ、細長い粒子の表面を滑らかにする。

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.

研究の動機と目的

• 制御された電気的および光学的刺激下で、塑的駆動による幾何的微小粒子がどのように形成されるかを調査すること。
• 異なるパルス条件下での成長中に、光照射が粒子形態に果たす役割を理解すること。
• 二相パルスのOFF時間とON時間の比が、粒子の異方性および構造的歪みに与える影響を特定すること。
• 光照射によって、粗い細長い粒子から滑らかで球形の要素へとどのように遷移するかを検討すること。
• 三角形や連結した三角形形状の粒子の形成を指向する、一相パルスと二相パルスのモードを比較すること。

提案手法

• 空気-溶液界面に配置された金原子の単層膜を、粒子核生成の基板として用いる。
• OFF/ON時間比を調整可能な、調整された二相および一相電気パルスを印加し、塑的変形と粒子形成を誘発する。
• 電子-溶液界面での光照射を用いて、粒子形状および表面の滑らかさを変更する。
• 異なるパルス持続時間および光照射条件下での、アスペクト比および幾何的異方性の変化をモニタリングすることで、粒子の進化を観察する。
• 電子拡散ダイナミクスと、光子誘発の滑らかさ効果が細長い粒子に与える相互作用を分析する。
• 均一な駆動と非均一な駆動の下で形成された粒子構造を比較し、形状制御メカニズムを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二相パルスのOFF時間とON時間の比が、形成された粒子の異方性および歪みにどのように影響するか？
• RQ2 光子は、どのようにして粗い細長い粒子を滑らかで球形の要素へと変換するか？
• RQ3 なぜ一相パルス条件下では直接三角形形状の粒子が形成されるのに対し、二相パルスでは連結した三角形構造が生成されるのか？
• RQ4 光子が粒子を滑らかにできない条件は何か？このプロセスを制限する要因は何か？
• RQ5 電子拡散は、光子誘発の形態的変更効果にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 二相パルスのOFF/ON比が3のとき、逆比よりも低いアスペクト比を示すため、パルスタイミングによる形状制御が可能であることが示された。
• OFF/ON比が非常に大きい場合、整列した成長に必要な駆動力が不十分であるため、粒子は歪んだ形状になる。
• 一相パルスモードでは直接三角形形状の粒子が形成されるが、最適化された二相パルス条件下では連結した三角形構造が出現する。
• 長時間のパルスON時間下で形成された細長い粒子は、電子状態の拡散が効果的である間のみ、進行する光子によって滑らかに変化する。
• 電子状態の拡散限界を超えて細長さが進行すると、光子誘発の滑らかさ効果が失敗し、形態的精錬が妨げられる。
• 光子-溶液界面における均一な駆動は、多様な幾何的異方性粒子の形成を促進し、光子エネルギーがナノスケールでの物質の形作りに果たす役割を強調している。