Directional depletion interactions in shaped particles

Abstract

Entropic forces in colloidal suspensions and in polymer-colloid systems are of long-standing and continuing interest. Experiments show how entropic forces can be used to control the self-assembly of colloidal particles. Significant advances in colloidal synthesis made in the past two decades have enabled the preparation of high quality nano-particles with well-controlled sizes, shapes, and compositions, indicating that such particles can be utilized as "artificial atoms" to build new materials. To elucidate the effects of the shape of particles upon the magnitude of entropic interaction, we analyse the entropic interactions of two cut-spheres. We show that the solvent induces a strong directional depletion attraction among flat faces of the cut-spheres. Such an effect highlights the possibility of using the shape of particles to control directionality and strength of interaction.

Сили ентропiї в колоїдних суспензiях i в системах полiмер-колоїд привертають постiйну увагу вже впродовж багатьох рокiв. Експерименти показують як ентропiйнi сили можна використати для контролю самоскупчення колоїдних частинок. Значний прогрес, досягнутий в областi синтезу колоїдних частинок впродовж минулих двох десятирiч, уможливлює виготовлення наночастинок високої якостi з добре контрольованими розмiрами, формами i складами i свiдчить про те, що такi частинки можуть бути використанi як “штучнi атоми” для створення нових матерiалiв. Для того, щоб пояснити вплив форми частинок на величину ентропiйної взаємодiї, ми аналiзуємо ентропiйну взаємодiю двох розрiзаних сфер. Ми показуємо, що розчинник iндукує спрямоване збiднювальне притягання мiж плоскими поверхнями розрiзаних сфер. Такий вплив вказує на можливiсть використання форми частинок для контролю спрямованостi i сили взаємодiї.