КОЛЛЕКТИВНАЯ ДИНАМИКА И РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ АЭРОСИЛ – ПОЛИСТИРОЛЬНЫЙ ЛАТЕКС

  • Igor I. Dolgih Воронежский государственный университет Университетская пл., 1, 394018 Воронеж, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9508-7123
  • Dmitry A. Zhukalin Воронежский государственный университет Университетская пл., 1, 394018 Воронеж, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-0754-4989
  • Larisa A. Bityutskaya Воронежский государственный университет Университетская пл., 1, 394018 Воронеж, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-0767-2614
Ключевые слова: капля, нанореактор, самоорганизация, наносистема, силы обеднения, энтропия, фазообразование, коллективная динамика

Аннотация

В стандартных условиях проведен модельный эксперимент по влиянию сил обеднения на процесс высыхания капли взвесей невзаимодействующих частиц аэросил – полистирольный латекс. Впервые обнаружен быстропротекающий процесс фазового превращения аэросила в кристаллический SiO2 в течение десятков секунд, сопровождающийся резким изменением цвета раствора от светло-голубого до синего. Обнаружена дифракционная картина, свидетельствующая о нанокристаллической природе зародышеобразования новой фазы. Фазообразование интерпретировано как результат действия неравновесной силы обеднения в условиях гидродинамической неустойчивости высыхающей капли.

 

 

REFERENCES

  1. Tret’yakov Yu. D. Self-organisation processes in the chemistry of materials. Uspekhi khimii [Russian Chemical Reviews], 2003, v. 72(8), pp. 651–679. DOI: 10.1070/RC2003v072n08ABEH000836
  2. Kushnir S. E., Kazin P. E., Trusov L. A., Tret’yakov Yu. D. Self-organization of micro- and nanoparticles in ferrofl uids. Uspekhi khimii [Russian Chemical Reviews], 2012, v. 81(6), pр. 560–570. DOI: 10.1070/RC2012v081n06ABEH004250
  3. Lebedev-Stepanov P. V., Kadushnikov R. M., Molchanov S. P., Ivanov A. A., Mitrokhin V. P., Vlasov K. O., Rubin N. I., Yurasik G. A., Nazarov V. G., Alfi mov M. V. Self-assembly of nanoparticles in the microvolume of colloidal solution: Physics, modeling, and experiment. Rossiiskie nanotekhnologii [Nanotechnologies in Russia], 2013, v. 8(3-4), pр. 137–162. DOI: 10.1134/S1995078013020110
  4. Walker D. A., Kowalczyk B., Cruz M. O., Grzybowski B. A. Electrostatics at the nanoscale. Nanoscale, 2011, v. 3(4), pp. 1316–1344. DOI: 10.1039/C0NR00698J
  5. Ouyang Q., Castets V., Boissonade J., et al. Sustained patterns in chlorite–iodide reactions in a onedimensional reactor. J. Chem. Phys., 1991, v. 95(1), pp. 351–360. DOI: 10.1063/1.461490
  6. Tarasevich Yu. Yu., Pravoslavnova D. M. Kachestvennyy analiz zakonomernostey vysykhaniya kapli mnogokomponentnogo rastvora na tverdoy podlozhke [Qualitative analysis of patterns of drying of a drop of a multicomponent solution on a solid substrate], Zhurnal tekhnicheskoi fi ziki [Technical Physics], 2007, vol. 77, no. 2. pp. 17–21. URL: http://journals.ioffe. ru/articles/viewPDF/9047 (in Russ.)
  7. Faigl’ F., Anger V. Kapel’nyi analiz neorganicheskikh veshchestv [Drip Analysis of Inorganic Substances]. Moscow, Mir Publ., 1976, v. 1, 390 p., v. 2, 320 p. (in Russ.)
  8. Yakhno T. A., Kazakov V. V., Sanina O. A., Sanin A. G., Yakhno V. G. Kapli biologicheskikh zhidkostey, vysykhayushchie na tverdoy podlozhke: dinamika morfologii, massy, temperatury i mekhanicheskikh svoystv [Drops of biological fluids drying on a solid substrate: dynamics of morphology, mass, temperature, and mechanical properties]. Zhurnal tekhnicheskoi fi ziki [Technical Physics], 2010, v. 80(7), pp. 17–23. URL: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/10043 (in Russ.)
  9. Alfi mov M. V., Kadushnikov R. M., Shturkin N. A., Alievskii V. M., Lebedev-Stepanov P. V. Immitatsionnoe modelirovanie protsessov samoorganizatsii nanochastits [Simulation modeling of self-organization processes of nanoparticles], Rossiiskie nanotekhnologii [Nanotechnologies in Russia], 2006, v. 1(1–2), pp. 127–133. (in Russ.)
  10. Lebedev-Stepanov P. V., Gromov S. P., Molchanov S. P., Chernyshov N. A., Batalov I. S., Sazonov S. K., Lobova N. A., Shevchenko N. N., Men’shikova A. Yu., Alfimov M. V. Controlling the self-assemblage of modifi ed colloid particle ensembles in solution microdropletsRossiiskie nanotekhnologii [Nanotechnologies in Russia], 2011, v. 6(9–10), 569–578, pp. 72–78. DOI: 10.1134/S1995078011050119
  11. Andreeva L. V., Novoselova A. S., Lebedev-Stepanov P. V., Ivanov D. A., Koshkin A. V., Petrov A. N., Alfi mov M. V. Zakonomernosti kristallizatsii rastvorennykh veshchestv iz mikrokapli [Patterns of crystallization of dissolved substances from microdrops]. Zhurnal tekhnicheskoi fi ziki [Technical Physics], 2007, v. 77(2), pp. 22–30. URL: http://journals.ioffe.ru/articles/view-PDF/9048 (in Russ.)
  12. Barash L. Yu. Marangoni convection in an evaporating droplet: Analytical and numerical descriptions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2016, v. 102, pp. 445–454. DOI: 10.1016/j.ijh eatmasstransfer.2016.06.042 al
  13. Bityutskaya L. A., Zhukalin D. A., Tuchin A. V., Frolov A. A., Buslov V. A. Thermal dissipative structures in the case of carbon nanotubes aggregation in drying drops. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy [Condensed Matter and Interphase], 2014, v. 16(4), pp. 425–430. URL: https://journals.vsu.ru/kcmf/ article/view/856/937 (in Russ.)
  14. Asakura S., Oosawa F. Interaction between particles suspended in solutions of macromolecules. Polymer Science Part A: General Papers, 1958, v. 33(126), pp. 183–192. DOI: 10.1002/pol.1958.1203312618
  15. Minton A. P. How can biochemical reactions within cells differ from those in test tubes? Journal of Cell Science, 2015, v. 119(14), pp. 2863–2869. DOI: 10.1242/jcs.03063
  16. Chebotareva N. A., Kurganov B. I., Livanova N. B. Biochemical effects of molecular crowding. Biohimija [Biochemistry], 2004, v. 69(11), pp. 1239–1251. DOI: 10.1007/s10541-005-0070-y
  17. Bishop K. J., Wilmer C. E., Soh S., Grzybowski B. A. Nanoscale forces and their uses in self-assembly. Small, 2009, v. 5(14), p. 1600–1630. DOI: 10.1002/smll.200900358
  18. Minton A. P. The infl uence of macromolecular crowding and macromolecular confi nement on biochemical reactions in physiological media. Journal of Biological Chemistry, v. 276(14), pp. 10577–10580. DOI: 10.1074/jbc.r100005200
  19. Huber F., Strehle D., Schnauss J., Kas J. Formation of regularly spaced networks as a general feature of actin bundle condensation by entropic forces. New J. Physics, 2015, v. 17(4), p. 043029. DOI: 10.1088/1367-2630/17/4/043029
  20. Jiang H., Wada H., Yoshinaga N., Sano M. Manipulation of colloids by a nonequilibrium depletion force in a temperature gradient. Physical Review Letters, 2009, v. 102(20), p. 208301. DOI: 10.1103/physrevlett.102.208301
  21. Deng H., Li G., Liu H. Assembling of three-dimensional crystals by optical depletion force induced by a single focused laser beam. Optics Express, 2012, v. 20(9), p. 9616. DOI: 10.1364/oe.20.009616
  22. Wulfert R., Seiferta U., Speck T. Nonequilibrium depletion interactions in active microrheology. Soft Matter, 2017, v. 13(48), p. 9093–9102. DOI: 10.1039/c7sm01737e
  23. Dolgih I. I., Bitutskaya L. A. Entropy driven aggregation of CNT in a drying drop on hydrophilic and hydrophobic substrate. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy [Condensed Matter and Interphase], 2018, v. 20(4), p. 664–668. DOI: 10.17308/kcmf.2018.20/635

Биографии авторов

Igor I. Dolgih, Воронежский государственный университет Университетская пл., 1, 394018 Воронеж, Российская Федерация

Долгих Игорь Игоревич – аспирант кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: dolgih_igor@
yahoo.com. ORCID iD 0000-0002-9508-7123.

Dmitry A. Zhukalin, Воронежский государственный университет Университетская пл., 1, 394018 Воронеж, Российская Федерация

Жукалин Дмитрий Алексеевич – к. ф.- м. н, доцент кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: d.zhukalin@mail.ru. ORCID iD 0000-0002-0754-4989.

Larisa A. Bityutskaya, Воронежский государственный университет Университетская пл., 1, 394018 Воронеж, Российская Федерация

Битюцкая Лариса Александровна – к. х. н, доцент кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация;
e-mail: lab55fm@yandex.ru. ORCID iD 0000-0002-0767-2614.

Опубликован
2019-09-26
Как цитировать
Dolgih, I., Zhukalin, D., & Bityutskaya, L. (2019). КОЛЛЕКТИВНАЯ ДИНАМИКА И РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ АЭРОСИЛ – ПОЛИСТИРОЛЬНЫЙ ЛАТЕКС. Конденсированные среды и межфазные границы, 21(3), 366-373. https://doi.org/https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/1150
Раздел
Статьи

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)