Colloidal self-assembly : Passive vs. Active
Hätinen, Lauri (2025-05-20)
Colloidal self-assembly : Passive vs. Active
(20.05.2025)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025052150347
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025052150347
Tiivistelmä
Colloidal self-assembly is the spontaneous organization of colloids into an ordered structure. Colloids are nano- to micrometre-sized particles that are suspended in a solvent. In passive colloidal self-assembly colloidal particles interact and organize into an ordered structure that minimizes the system’s free energy. In active colloidal self-assembly an external stimulus is directed to the system which enables the colloids to move or interact in desired ways leading to the formation of an ordered structure.
This thesis provides an overview of both passive and active colloidal self-assembly with discussion on the different interactions that drive passive colloidal self-assembly and the different external stimuli that drive active colloidal self-assembly. Several theoretical models that explain colloidal self-assembly are also discussed.
To further investigate passive colloidal self-assembly, molecular dynamics simulations using LAMMPS were run on patchy colloids at varying temperatures. The goal of these simulations was to understand how temperature affects the assembly process.
The simulation results demonstrate that temperature greatly affects colloidal self-assembly. At lower temperatures the assembly proceeds more slowly, but results in stable ordered structures. Higher temperatures disrupt the assembly process leading to disordered and unstable assemblies. Kolloidien itsejärjestäytyminen on kolloidien spontaani järjestäytyminen säännölliseksi rakenteeksi. Kolloidit ovat nano- tai mikrometrin kokoisia hiukkasia, jotka ovat suspensiossa liuoksessa. Passiivisessa kolloidien itsejärjestäytymisessä kolloidiset hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa ja järjestäytyvät säännölliseksi rakenteeksi, joka minimoi järjestelmän energian. Aktiivisessa kolloidien itsejärjestäytymisessä järjestelmään kohdistetaan ulkoinen ärsyke, joka mahdollistaa kolloidisten hiukkasten liikkeen tai vuorovaikutukset, mikä johtaa säännöllisen rakenteen muodostumiseen.
Tämä kandi tarjoaa katsauksen sekä passiiviseen sekä aktiiviseen kolloidien itsejärjestäytymiseen. Se käsittelee vuorovaikutuksia, jotka ohjaavat passiivista itsejärjestäytymistä, sekä ulkoisia ärsykkeitä, jotka ajavat aktiivista itsejärjestäytymistä. Lisäksi käsitellään useita teoreettisia malleja, jotka selittävät, miksi kolloidien itsejärjestäytyminen tapahtuu.
Passiivista kolloidien itsejärjestäytymistä tutkittiin tarkemmin suorittamalla molekyylidynamiikkasimulaatioita LAMMPS-ohjelmalla laikkukolloideille eri lämpötiloissa. Simulaatioiden tavoitteena oli ymmärtää, miten lämpötila vaikuttaa itsejärjestäytymisprosessiin.
Simulaatiotulokset osoittivat, että lämpötilalla on merkittävä vaikutus kolloidien itsejärjestäytymiseen. Alhaisissa lämpötiloissa järjestäytyminen etenee hitaammin, mutta johtaa stabiileihin säännöllisiin rakenteisiin. Korkeat lämpötilat häiritsevät järjestäytymistä, mikä johtaa epäjärjestyneisiin ja epävakaisiin rakenteisiin.
This thesis provides an overview of both passive and active colloidal self-assembly with discussion on the different interactions that drive passive colloidal self-assembly and the different external stimuli that drive active colloidal self-assembly. Several theoretical models that explain colloidal self-assembly are also discussed.
To further investigate passive colloidal self-assembly, molecular dynamics simulations using LAMMPS were run on patchy colloids at varying temperatures. The goal of these simulations was to understand how temperature affects the assembly process.
The simulation results demonstrate that temperature greatly affects colloidal self-assembly. At lower temperatures the assembly proceeds more slowly, but results in stable ordered structures. Higher temperatures disrupt the assembly process leading to disordered and unstable assemblies.
Tämä kandi tarjoaa katsauksen sekä passiiviseen sekä aktiiviseen kolloidien itsejärjestäytymiseen. Se käsittelee vuorovaikutuksia, jotka ohjaavat passiivista itsejärjestäytymistä, sekä ulkoisia ärsykkeitä, jotka ajavat aktiivista itsejärjestäytymistä. Lisäksi käsitellään useita teoreettisia malleja, jotka selittävät, miksi kolloidien itsejärjestäytyminen tapahtuu.
Passiivista kolloidien itsejärjestäytymistä tutkittiin tarkemmin suorittamalla molekyylidynamiikkasimulaatioita LAMMPS-ohjelmalla laikkukolloideille eri lämpötiloissa. Simulaatioiden tavoitteena oli ymmärtää, miten lämpötila vaikuttaa itsejärjestäytymisprosessiin.
Simulaatiotulokset osoittivat, että lämpötilalla on merkittävä vaikutus kolloidien itsejärjestäytymiseen. Alhaisissa lämpötiloissa järjestäytyminen etenee hitaammin, mutta johtaa stabiileihin säännöllisiin rakenteisiin. Korkeat lämpötilat häiritsevät järjestäytymistä, mikä johtaa epäjärjestyneisiin ja epävakaisiin rakenteisiin.