Nieuwe benadering van herconfigureerbare colloïdale assemblages maakt een weg voor adaptieve slimme materialen

Colloïdaal zelfassemblage is een proces waarbij colloïdale deeltjes zich spontaan organiseren in geordende structuren onder specifieke omstandigheden. Colloïdaal zelfassemblage dient als een basis voor het ontwerpen van materialen zoals opto-elektronische apparaten en sensoren. Een van de meest intrigerende grenzen in colloïdaal zelfassemblage is de ontwikkeling van actieve colloïdale assemblages, die dynamisch gedrag vertonen en zich kunnen aanpassen aan externe stimuli.

Actieve colloïden – colloïdale deeltjes die externe energie omzetten in autonome beweging – zijn een typische geassembleerde eenheid voor actieve colloïdale assemblages. Hoewel deze actieve deeltjes fascinerend zelfassemblagegedrag kunnen aantonen, blijft het beheersen van dit gedrag met precisie en in realtime een grote uitdaging. De mogelijkheid om colloïdale assemblages dynamisch aan te passen en te manipuleren, is de sleutel tot het creëren van adaptieve, herconfigureerbare functionele materialen.

Een onderzoeksproject onder leiding van prof. Wei Wang van Harbin Institute of Technology (Shenzhen) en Dr. Xi Chen van de Chengdu University of Technology heeft een nieuwe strategie geïntroduceerd voor het construeren van actieve colloïdale assemblages. Dit werk, gepubliceerd in Onderzoekbiedt nieuwe inzichten in het ontwerp van slimme materialen met realtime, on-demand herconfiguratie.

In hun recente onderzoek deed de onderzoeksgroep een stap vooruit door chemische reacties en elektrische polarisatie te combineren om omkeerbare assemblage en in situ regulering van geassembleerde structuren te bereiken. De geassembleerde eenheid omvat actieve en passieve colloïdale deeltjes, waarbij de actieve deeltjes reageren met chemicaliën in de oplossing om een ​​chemische gradiënt te genereren. Deze gradiënt induceert foresis en osmose, die omliggende passieve deeltjes aantrekken om colloïdale clusters te vormen.

Bovendien wordt een afwisselend elektrisch veld gebruikt om de passieve deeltjes te polariseren, waardoor dipool-dipoolafstotende krachten ontstaan ​​die de deeltjes helpen samenstellen in een specifieke configuratie. Door de chemische en elektrische velden te verfijnen, bereikte de groep precieze controle over de aantrekkingskracht en afstoting tussen deeltjes, waardoor de in situ regulatie van structuren van colloïdale assemblages mogelijk was.

Vooruitkijkend, het team voorziet om deze strategieën toe te passen om een ​​breed scala aan colloïdaal materiaal te ontwerpen dat hun structuur en functie dynamisch kan veranderen. Dit is een stap in de richting van het ontwikkelen van adaptieve materialen met verschillende toepassingen, variërend van responsieve sensoren tot zelfherstellende systemen en herconfigureerbare apparaten.