粗さがナノ粒子の付着性に与える影響(Rougher Materials Get Along Better: Surface Roughness Influences Nanoparticle Attachment)

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2025-06-02 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国エネルギー省のパシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)の研究チームは、ナノ粒子の集合挙動において、粒子表面の粗さが重要な役割を果たすことを明らかにしました。モデル系として立方晶ナトリウムイットリウムフッ化物(a-NAYF)を用い、光場下での粒子の接近・接触挙動を観察したところ、表面が粗い粒子ほど他の粒子と衝突・結合しやすいことが判明しました。シミュレーションでは、表面粗さが流体力学的抵抗に影響を与え、粒子間の接触挙動に差異を生じさせることが示されました。この発見は、非古典的な結晶成長、ナノフォトニクス、コロイド分散処理など、ナノテクノロジーの多くの分野において、粒子の集合挙動を予測・制御する新たな手法を提供する可能性があります。

<関連情報>

表面粗さによるコロイド遭遇ダイナミクスの媒介 Mediation of Colloidal Encounter Dynamics by Surface Roughness

Robert G. Felsted, Jaehun Chun, Gregory K. Schenter, Alexander B. Bard, Xiaojing Xia, and Peter J. Pauzauskie
Physical Review Letters  Published: 26 February, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.088201

Abstract

Rigorous understanding of assembly in colloidal systems is crucial to the development of tailored nanostructured materials. Despite extensive studies, a mechanistic understanding of the dynamics governing encounters of colloidal particles remains an ongoing challenge. We study colloidal encounter dynamics by inducing assembly through optical tweezers that impose an external attractive field for cubic-phase sodium yttrium fluoride nanocrystals. We show that surface roughness of the nanocrystals is a decisive factor for contact leading to assembly between the nanocrystals, manifested by the roughness-dependent hydrodynamic resistivity. This provides direct evidence that dynamics are equally important to energetics in understanding assembly.

0500化学一般
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