コロイド液滴での移行を秩序化するためのコーヒーリング効果と蒸発駆動型障害の抑制

乾燥コロイド液滴の周辺でのリングのような堆積物の形成は、多くの用途で厄介な問題です。シリコンオイルの薄い層でコーティングされたガラス基板に堆積した水性コロイド懸濁液の液滴が蒸発した場合、そのような堆積物が完全に抑制されます。このコーティングは、水液滴の周辺が基質に固定されるのを防ぎ、リングの形成を抑制するのに役立ちます。また、液滴の表面積を減少させ、それにより蒸発速度を減少させます。これらの2つの要因は、コロイド粒子を液滴の中心までゆっくりと駆動し、蒸発プロセスの終わりに順序付けられた晶質を形成するように貢献します。骨材で秩序を研究するために実行されたブラウンダイナミクスシミュレーションは、球状のコロイド粒子が顔中心の立方体構造を形成することを示しています。実験とシミュレーションは、液滴の蒸発速度と小型コロイド粒子の速度速度が、高品質の秩序化されたコロイド微結晶にさらにつながることを示しています。

The formation of a ring-like deposit at the periphery of a drying colloidal droplet is a vexing problem in many applications. We show a complete suppression of such deposits when a droplet of aqueous colloidal suspension, deposited on a glass substrate coated with a thin layer of silicone oil, is evaporated. This coating prevents the periphery of the aqueous droplet from getting pinned to the substrate and helps in suppressing the ring formation. It also decreases the surface area of the droplet, thereby decreasing the evaporation rate. These two factors together, driving the colloidal particles slowly to the center of the droplet, contribute to form an ordered crystallite at the end of the evaporation process. Brownian dynamics simulations performed to study ordering in the aggregate show that the spherical colloidal particles form face-centered cubic structures. Experiments and simulations show that slow rates of droplet evaporation and smaller-sized colloidal particles further lead to high-quality ordered colloidal crystallites.