|
ДокладыМоделирование испарительной самосборки нанотрубок при высыхании капли на подложкеАстраханский государственный университет им. В.Н. Татищева, лаборатория «Математическое моделирование и информационные технологии в науке и образовании», Россия, 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20а, Тел.: (8512)24-64-96, E-mail: irina.vodolazskaya@asu.edu.ru Самосборка наночастиц — перспективный путь к разработке устройств, использующих свойства анизотропных материалов, от электроники до биоматериалов. Контролируемая сборка удлиненных частиц, таких как углеродные нанотрубки, нанопроволоки и ДНК, позволяет осуществлять их преимущественное выравнивание в пространственном направлении. Индуцированная испарением самосборка на твердых поверхностях как способ изготовления высокоорганизованных структур является недорогим по сравнению с технологиями, основанными на использовании внешних сил. Авторы [1] исследовали экспериментально влияние температуры, pH-раствора, начальной концентрации, длины, заряда нанотрубок галлуазита на их выравнивание на краю капли водного раствора. Эксперимент показал, что длинные нанотрубки после процедуры функционализации способны упорядочиваться. Температура, начальная концентрация трубок и pH-раствора является решающими факторами для самосборки. В нашей модели предполагается, что нанотрубки достаточно маленькие и не оказывают влияния на течение жидкости. После размещения капли на подложке и ее закрепления возникают компенсационные течения, направленные к краю капли. Поступательное и вращательное движения нанотрубок, находящихся в жидкости, рассчитывалось с помощью уравнений динамики. Диффузия нанотрубок, поступательная и вращательная, моделируется методом Монте-Карло. Радиальная скорость потока рассчитывается с использованием аналитической формулы [2]. Получено, что на выравнивание нанотрубок влияют все три рассматриваемых фактора в совокупности: адвекция, диффузия и электростатическое отталкивание. Чем выше величина заряда частиц и скорость потока жидкости, тем сильнее такое выравнивание проявляется. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-10216, https://rscf.ru/project/22-79-10216/.
Литература 1. Zhao Y., Cavallaro G., Lvov Yu. Orientation of charged clay nanotubes in evaporating droplet meniscus // Journal of Colloid and Interface Science 440, 2015. P. 68–77. 2. Kolegov K.S., Barash L.Yu., Joint effect of advection, diffusion, and capillary attraction on the spatial structure of particle depositions from evaporating droplets // Physical Review E 100, 2019. P. 033304.
Материалы доклада |
