Cấu trúc cluster tập hợp từ các hạt Colloid dạng Ellipsoid

Trong bài viết này, chúng tôi nghiên cứu sự tập hợp của các hạt colloid dạng ellipsoid để tạo nên cấu trúc cluster bằng phương pháp mô phỏng Metropolis Monte Carlo. Sự tự tập hợp được thực hiện thông qua sự bay hơi của các giọt droplet.

HNUE JOURNAL OF SCIENCE Natural Sciences, 2020, Volume 65, Issue 3, pp 54-65 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1059.2020-0007 CẤU TRÚC CLUSTER TẬP HỢP TỪ CÁC HẠT COLLOID DẠNG ELLIPSOID Phạm Văn Hải Nguyễn Thị Như Hải Khoa Vật lí,Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Tóm tắt Trong báo này, chúng tơi nghiên cứu tập hợp hạt colloid dạng ellipsoid để tạo nên cấu trúc cluster phương pháp mô Metropolis Monte Carlo Sự tự tập hợp thực thông qua bay giọt droplet Kết cho thấy đa số cấu trúc cluster có cấu trúc xác định Đáng ý cluster có kích thước nhỏ có cấu trúc trùng với cấu trúc cực tiểu mô ment bậc hai phân bố khối lượng, toán cực tiểu số dạng tương tác khác Tuy nhiên, cấu trúc cluster kích thước lớn khơng thỏa mãn điều kiện cực tiểu mô-ment bậc hai Kết phù hợp với nhận định cấu trúc cluster nghiên cứu tập hợp hạt colloid dạng tạ Bên cạnh đó, từ phân tích số liên kết so sánh trực quan, quan sát thấy cấu trúc cluster thu nghiên cứu khác với cấu trúc mà số nghiên cứu trước đưa Từ khóa: cấu trúc cluster, ellipsoid, hiệu ứng Pickering, tự tập hợp Mở đầu Colloid hạt có kích thước thang micromet phân tán môi trường chất lỏng Khi hạt colloid chuyển động chất lỏng, khơng tương tác với mà liên tục va chạm với phân tử chất lỏng từ tạo lực tổng hợp hạt colloid Gần đây, bên cạnh nghiên cứu hướng đến việc tổng hợp hạt dị thể dị hướng, việc khảo sát tính chất tự tập hợp chúng chủ đề đặc biệt quan tâm khả ứng dụng chúng lĩnh vực quang tử, cảm biến quang điện tử [1] Tuy nhiên, đa số nghiên cứu theo chủ đề tập trung chủ yếu vào tự tập hợp hạt colloid có dạng hình cầu và/hoặc tương tác đẳng hướng [2] Do đó, cấu trúc thu thường hạn chế pha có đối xứng đơn giản Mặc dù, số nghiên cứu mở rộng sang hạt colloid với nhiều hình dạng khác song nghiên cứu chủ yếu sử dụng tương tác cứng, hệ colloid có thành phần [3-11] Trong nghiên cứu có tính tiên phong, Manoharan, Elsesser Pine [12] đề xuất phương pháp thực nghiệm cho phép thu cluster hạt cầu đẳng hướng kích thước micromet cách sử dụng hệ hai thành phần: colloid giọt nhũ tương hình cầu (droplet) Giọt nhũ tương đóng hai vai trị Thứ giữ cho hạt colloid chuyển động bề mặt cầu Thứ hai đóng vai trị thành phần thứ hai hệ, cấu trúc pha cuối hệ định tỉ phần xếp chặt colloid giọt nhũ tương, tỉ lệ bán kính tỉ lệ hai loại hạt Manoharan et al [12] thấy rằng, tất cluster có cấu trúc hồn tồn xác định phụ thuộc vào số hạt thành phần có cluster Ngày nhận bài: 6/2/2020 Ngày sửa bài: 9/3/2020 Ngày nhận đăng: 16/3/2020 Tác giả liên hệ: Phạm Văn Hải Địa e-mail: haipv@hnue.edu.vn 54 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid Trong nghiên cứu này, mở rộng nghiên cứu Manoharan nghiên cứu trước cho hạt colloid hình cầu đẳng hướng [13-17], sang hạt colloid có dạng ellipsoid Các hạt colloid dạng ellipsoid có vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực khác Ví dụ, hạt colloid tự xếp để tạo nên thành cấu trúc kiểu isotropic, nematic, với ứng dụng tinh thể lỏng Hoặc lĩnh vực ‘phân tích màu’, cấu trúc hạt điện mơi với hình dạng ellipsoid tạo nên phản hồi quang phức tạp mà thu dùng hạt điện mơi hình cầu [18] Chúng tơi hi vọng việc khai thác tính bất đối xứng hình học hạt colloid giúp thu nhiều kiểu cấu trúc phức tạp đồng thời điều khiển cấu trúc thông qua việc thay đổi giá trị tập hợp tham số vật lí hệ Nội dung nghiên cứu bao gồm tìm hiểu trình động hạt colloid dạng ellipsoid xảy nào, cấu trúc cluster cuối có đối xứng gì, độ ổn định độ bền chúng Nội dung nghiên cứu 2.1 Mơ hình phương pháp Xét hệ hai thành phần gồm hạt colloid hạt droplet Năng lượng toàn phần hệ tổng lượng tương tác colloid-colloid, colloid-droplet droplet-droplet, viết dạng ∑ (| |) ∑ (| |) (1) ∑∑ (| |) vị trí hạt colloid thứ i, vị trí droplet thứ j, tương tác colloid-colloid, tương tác colloid-droplet tương tác droplet-droplet Để mô tả tương tác hạt colloi dạng ellipsoid sử dụng mơ hình đề xuất Varga, Efrain Odriozola [19] Theo đó, hạt colloid mơ hình hóa elipsoid cứng, đường kính lõi cứng dọc theo trục trục phụ σ|| σ⊥, đường kính lớp vỏ hút tương ứng σ|| + λ|| σ⊥ + λ⊥ Hai tham số không thứ nguyên α|| > α⊥ > định nghĩa cho λ||= α|| min(σ||, σ⊥) λ⊥= α⊥ (σ||, σ⊥) Điều đảm bảo lực hút có tầm tương tác ngắn cho ellipsoid dạng dày dạng dẹt Ưu điểm mô hình hình dạng có giếng hút điều khiển thông qua hai tham số dị hướng α|| α⊥ Năng lượng tương tác theo hàm khoảng cách nối tâm hai hạt ellipsoid viết dạng { (2) độ sâu hố vuông σI (σO) khoảng cách từ tâm đến tâm hai ellipsoid cho lõi bên (vỏ bên ngoài) chúng tiếp xúc Để đơn giản, công thức gần sau dùng cho khoảng cách tiếp xúc bên (I) bên (O) √ (3) ⁄ ⁄ ⁄ 55 Phạm Văn Hải Nguyễn Thị Như Hải ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⁄ ⁄ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ (4) (5) σ⊥,I = σ⊥, σ||,I = σ||, σ⊥,O = σ⊥ + λ⊥, σ O = σ|| + λ|| Ngoài ra, x土 I/O hàm phụ thuộc vào định hướng ( ⃗ ⃗ ) hạt vector định hướng tâm đến tâm ( ⃗ ) hai ellipsoid Lưu ý ⃗ , ⃗ ⃗ vector đơn vị (xem mô tả chi tiết tài liệu [19]) Trong phương trình (2), bên cạnh tương tác hút tầm ngắn, đưa vào tương tác đẩy tầm xa Dạng đẩy sử dụng Yukawa, tham số đặc trưng cho cường độ bán kính tương tác Yukawa Thế tương tác colloid droplet dùng dựa hiệu ứng Pickering Khi colloid hấp thụ droplet, lượng hệ giảm lượng , với sức căng bề mặt giao diện droplet-colloid, diện tích tiếp xúc droplet colloid Giá trị phụ thuộc vào kích thước droplet, khoảng cách colloid-droplet Nếu đường kính droplet σd lớn đường kính σ⊥ lượng colloid-droplet [20] { Ngược lại (6) (7) { (8) độ cao chỏm cầu tạo ellipsoid droplet phương trình (6), (7) (8) khoảng cách nối tâm colloid droplet Trong mơ hình này, bỏ qua độ biến dạng bề mặt droplet ellipsoid bị hấp thụ bề mặt Tương tác droplet-droplet lấy đơn giản cầu cứng { (9) với đường kính hiệu dụng lớn đường kính droplet Điều đảm bảo hai droplet khơng thể hấp thụ hạt colloid Mô Metropolis Monte Carlo (MC) hệ phân bố tắc NVT (N: tổng số hạt, V: thể tích, T: nhiệt độ hệ) với 106 chu trình MC cho trình cân với 105 MC chu trình để lấy liệu Trong chu trình MC, tất hạt chuyển động trung bình lần Các hạt droplet chuyển động tịnh tiến, hạt colloid chuyển động tịnh tiến kết hợp với chuyển động quay cho xác suất chấp nhận 50% Cấu hình ngẫu nhiên ban đầu 56 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid hạt cầu xếp khối lập phương thỏa mãn điều kiện biên tuần hồn Các mơ thực cho tổng số hạt colloid - droplet khoảng từ 500 đến 1000 hạt, tương ứng với tỉ phần xếp chặt khác Để đạt giá trị tốt nhất, ứng với tham số, thực năm mô độc lập, sau lấy giá trị trung bình Để phân tích đầy đủ tính chất vật lí hệ địi hỏi phải khảo sát miền không gian tham số lớn Do đó, chúng tơi giới hạn việc nghiên cứu số tham số đặc trưng Việc lựa chọn tham số dựa kết nghiên cứu trước [14, 15, 20] Chi tiết tham số cho bảng Bảng Tóm tắt tham số tương tác theo cặp sử dụng phương pháp mơ máy tính Giá trị vật lí єSW = kBT k = 10 rcut = 2,5 c Mô tả độ sâu giếng chiều dài Debye nghịch đảo bán kính cắt mơ sức căng bề mặt dầu-nước  = 100 Bảng Thông số sử dụng cho hỗn hợp droplet - colloid Giá trị vật lí Mơ tả số lượng colloid ellipsoid số lượng droplet tập hợp khối lượng colloid tập hợp khối lượng droplet đường kính colloid đường kính droplet ban đầu Nc = 500 Nd = - 35 = 0,01 – 0,05 ƞd = 0,15 I = d (0) = I Bảng Tham số sử dụng cho mô động học Monte Carlo Giá trị vật lí Mơ tả độ dịch chuyển thử nghiệm tối đa colloid vòng quay thử nghiệm tối đa colloid độ dịch chuyển thử nghiệm tối đa droplet số chu kỳ Monte Carlo hạt biên độ co lạia dc = 0,01 c rc = 0,01rad dd = √ ⁄ n = 106 a= a Biên độ co lại chọn cho giọt biến hoàn toàn sau n/2 57 Phạm Văn Hải Nguyễn Thị Như Hải 2.2 Kết thảo luận 2.2.1 Động học trình hình thành cluster Hình thể ảnh snapshot bốn thời điển khác trình mơ Trạng thái ban đầu bao gồm hạt colloid ellipsoid (màu xanh lá) droplet (màu hồng) kích thước lớn Ở trạng thái này, hạt phân tán cách ngẫu nhiên phủ hạt hệ (Hình 1a) Sau 3,25×105 bước MC, số hạt colloid bị bẫy bề mặt droplet (hạt colloid màu đỏ thẫm Hình 1b) Cùng với trình bay droplet, hạt colloid (bị bẫy lúc trước) buộc phải kéo lại gần tác dụng hiệu ứng Pickering Trong Hình 1(c), sau 5×105 chu kỳ MC, tất droplet hoàn toàn biến mất, hạt colloid khoảng cách đủ gần để tạo nên trạng thái liên kết hay gọi trạng thái cluster (biểu thị hạt colloid màu xanh da trời) Tại thời điểm cuối mô phỏng, tức sau 106 bước MC, diện tất cluster hình thành thơng qua droplet cho thấy bền vững cluster thăng giáng nhiệt (Hình 1d) (a) (c) (b) (d) Hình Ảnh snapshot trình biến đổi theo thời gian hệ mơ phỏng: (a) thời điểm ban đầu (b) sau 3,25×105 bước MC (c) 5×105 bước MC (d) thời điểm cuối sau 106 bước MC Trong Hình màu sắc khác hạt colloid biểu thị trạng thái nó: hạt màu xanh (hạt trạng thái tự do), hạt màu đõ thẫm (hạt bị bắt droplet chưa hình thành liên kết), hạt màu xanh da trời (hạt bị bắt droplet hình thành liên kết), số hạt màu cam 58 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid lục lam, chiếm tỉ lệ nhỏ (dưới 1% tổng số hạt), thuộc trạng thái khác (liên kết tự phát, phá vỡ liên kết) Quá trình hình thành cluster thơng qua bay droplet phân tích kĩ hàm phân bố xuyên tâm (RDF) cặp colloid - droplet gcd(r) cặp colloid - colloid gcc(r) Hàm phân bố gdd(r) droplet-droplet không đề cập tương tác droplet-droplet tương tác cầu cứng Hình Hàm phân bố xuyên tâm colloid - droplet gcd (r) theo khoảng cách tỉ lệ r/ I giai đoạn khác trình động học Vị trí cực đại gcd (r) với giải cho t i cho chi tiết nội dung Hình mơ tả hàm gcd (r) trình động số thời điểm khác từ t1 đến t6 Những thời điểm tương ứng với số bước MC sau: t1 (sau 4×104 MC), t2 (sau 8×104 MC), t3 (sau 1,2×105 MC), t4 (sau 1,4×105 MC), t5 (sau 1,6×105 MC), t6 (sau 1,8×105 MC), t7 (sau 5×105 MC) Ta thấy thời điểm từ t1 đến t6 , hàm gcd (r) thể cực đại khoảng cách xác định Điểm cực đại tương ứng với tần suất (hay xác suất) tìm thấy colloid droplet khoảng lớn Khoảng cách có xác suất cực đại trùng với bán kính tức thời droplet d(t)/2 Theo thời gian, bán kính droplet giảm dần, vị trí cực đại tịnh tiến phía trái Bên cạnh đó, cường độ đỉnh tăng dần theo thời gian t6 Kết hợp lí q trình động học, số colloid bị bẫy droplet tăng dần cường độ đỉnh hàm gcd (r) phải tăng dần Điểm đặc biệt là, khác với hàm phân bố gcd (r) có đỉnh hạt đối xứng cầu [15], trường hợp hạt colloid dạng ellipsoid, đỉnh hàm gcd (r) tách thành hai đỉnh gần – đỉnh tương ứng với bán kính trục ellipsoid (thể hai đường nét đứt Hình 2) Trong nghiên cứu này, chúng tơi xét ellipsoid có hai bán trục, bán trục nhỏ , hai bán trục lớn cịn lại có kích thước nhau, Cuối cùng, tất droplet biến t7 (sau 5×105 MC) hàm gcd (r) trở nên phẳng có độ lớn khơng Hàm phân bố xun tâm colloid-colloid, gcc (r), trình động học hình thành cluster thể Hình Ta quan sát thấy trạng thái khí từ thời điểm ban đầu đến thời điểm t4 (hàm gcc (r) gần thẳng tiến tới r lớn) Sau thời điểm t5 hệ bắt đầu chuyển sang trạng thái lỏng (một số trật từ gần quan sát khoảng cách r từ đến Và sau thời điểm t6 trật từ gần thể cách rõ ràng, khơng khoảng cách mà cịn khoảng cách xa , Điều chứng minh colloid hình thành liên kết với xác suất lớn khoảng cách 59 Phạm Văn Hải Nguyễn Thị Như Hải Hình Hàm phân bố xuyên tâm colloid - colloid gcc (r) theo khoảng cách tỉ lệ r/ I giai đoạn khác trình động học Sự hình thành liên kết cluster quan sát rõ sau thời điểm t6 2.2.2 Tính chất hệ theo tham số tương tác α⊥ Do tính chất phức tạp hệ mơ hình khảo sát; cụ thể tính riêng phần tương tác colloid-colloid có tham số khác nhau, là: σ||, σ⊥, α||, α⊥, , , , , Do đó, phần chúng tơi trình bày kết tính chất hệ theo hai tham số α⊥ (đặc trưng cho chiều dài tương tác hút tầm ngắn) (đặc trưng cho cường độ tương tác đẩy tầm xa) Những tham số lại đặt cố định tùy ý, đặt theo tham khảo nghiên cứu trước [14, 15, 20] * Tính chất hệ theo tham số α⊥ Hình Sự biến đổi trạng thái hệ theo tham số α⊥ 60 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid Trong Hình tất ảnh snapshot lấy thời điểm cuối q trình mơ Ý nghĩa màu sắc colloid hạt cho tương tự Hình Hạt màu xanh (hạt trạng thái tự do), hạt màu xanh da trời (hạt bị bắt droplet hình thành liên kết) Hạt màu lục lam (hạt tạo thành liên kết với hạt khác cách tự phát không qua droplet) Hạt màu xám (hạt hình thành liên kết trước đó, sau phá vỡ trạng thái liên kết) Hình thể ảnh snapshot giai đoạn cuối trình mô số tham số α⊥ khác Ta nhận thấy có thay đổi rõ tính chất hệ theo tham số Tại α⊥ = 0,1 (Hình 4a) đa phần hạt colloi trạng thái tự do, số hạt colloid bị bẫy droplet tạo nên số cluster Tuy nhiên cluster có số hạt thành phần nhỏ (chỉ từ - hạt thành phần) Ngoài cluster trạng thái khơng bền vững, thể qua có mặt nhiều hạt màu xám (hạt liên kết trạng thái tự do) Với với tăng α⊥ đến 0,3 (Hình 4b), cluster có kích thước lớn bền vững Nhưng lúc xuất số cluster tự phát (cluster hình thành khơng qua droplet) Đặc điểm trở nên rõ ràng α⊥ = 0,5 (Hình 4c) Trong hệ, colloid trạng thái tự cịn ít, thay vào cluster tự phát cluster không tự phát Cuối α⊥ = 0,7 (Hình 4d), cluster tự liên kết lại với để tạo nên trạng thái gel, phù hợp với kết nghiên cứu trạng thái gel hệ cầu cứng [21] * Tính chất hệ theo tham số (α⊥ = 0,5) Tương tự phần 3.2.1, chúng tơi phân tích tính chất hệ theo tham số bốn giá trị khác nhau, kết cho Hình Hình Trạng thái hệ thời điểm cuối trình mô theo hàm tham số Ý nghĩa màu sắc hạt colloid cho tương tự Hình 61 Phạm Văn Hải Nguyễn Thị Như Hải Rõ ràng miền tham số mà lựa chọn khảo sát trên, tính chất hệ thay đổi không nhiều α⊥ Mặc dù vậy, ta thấy thấp (dưới 75 - Hình 5a) hệ tồn số lượng lớn cluster tự phát Điều lực đẩy Yukawa thấp, không đủ để ngăn cản hạt colloid tiến lại gần nhau, từ hình thành lên liên kết tự phát Khi tăng đến 95 , số lượng cluster tự phát giảm cách rõ rệt (Hình 5b) đạt 1% tổng số hạt lớn 115 (Hình 5c 5d) Chúng nhấn mạnh rằng, mục tiêu nghiên cứu khảo sát tập hợp điều kiện để thu clusters có kích thước từ đến 12 hạt thành phần, có cấu trúc xác định Do đó, cluster hình thành cách tự phát không xét đến; nguyên nhân thứ cluster tự phát trạng thái không bền (nếu tương tác hút colloid-colloid yếu), dễ tự tập hợp lại để tạo nên trạng thái gel (nếu tương tác hút colloid-colloid mạnh) Nguyên nhân thứ hai có cluster hình thành qua bay droplet có số hạt thành phần xác định dễ điều khiển, chẳng hạn cách thay đổi nồng độ colloid, nồng độ droplet kích thước ban đầu droplet Do với nhận xét này, hệ với tham số lớn 115 phù hợp với mục tiêu kể 2.2.3 Cấu trúc cluster colloid dạng ellipsoid (σ⊥/σ|| = 0,6, α⊥ = α|| = 0,5, ) Nếu cluster hạt colloid hình cầu, việc phân tích cấu trúc cluster thực trực tiếp qua số hạt thành phần , tổng số liên kết hạt cluster [20] Đối với hạt colloid dạng ellipsoid, tính chất bất đối xứng, việc phân tích cấu trúc cluster gặp nhiều khó khăn Do đó, đây, ngồi việc sử dụng hai tham số , xác định số liên kết cho hạt cluster Hình biễu diễn số liên kết cho hạt thơng qua màu sắc tương ứng Chẳng hạn, màu đen biểu thị hạt có liên kết với hạt khác, màu đỏ biểu thị hạt liên kết với hai hạt khác (xem Hình 7) Chú ý diện tích xung quanh hữu hạn liên kết colloid-colloid tương tác hút tầm ngắn, colloid liên kết với số nhỏ colloid lân cận (ở giả thiết số liên kết tối đa tính cho colloid 11) Hình Các hạt colloid với màu sắc khác biểu thị số liên kết colloid cluster Theo thứ tự từ trái sang phải, từ xuống dưới, số liên kết màu đen (1 liên kết), màu đỏ (2 liên kết) Một ví dụ cấu trúc cluster liên kết nhìn thấy Hình Hình Minh họa trạng thái liên kết colloi cluster Hạt màu đỏ liên kết với hai hạt colloid khác, hạt màu đen liên kết với hạt colloid khác 62 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid Hình biểu diễn cấu trúc cluster điển hình (xác suất tìm thấy lớn nhất) ứng với số hạt colloid thành phần từ Trong thực tế, cluster với kích thước lớn 12 thu cách tăng mật độ hạt colloid tăng đường kính hạt droplet Tuy nhiên, chúng tơi tập trung vào phân tích cluster có kích thước đến 12 hạt thành phần cấu trúc lớn thường có nhiều có kiểu cấu hình ứng với số hạt cluster, việc phân tích cấu trúc lớn trở nên khó biểu diễn chúng khối đa diện [12, 20] Như họa khối đa diện tương ứng phía ứng với , ta có (hình tứ diện đều), (hai hình kim tự tháp tam giác chung mặt đáy), (hình bát diện đều), (hai hình kim tự tháp ngũ giác chung mặt đáy) Đáng ý, cấu trúc trùng xác cấu trúc cluster colloid dạng cầu [12, 20] colloid kiểu hai mặt (Janus) [14] Đó cluster thỏa mãn điều kiện cực tiểu hóa moment bậc hai (M2-cluster), cực tiểu hóa tương tác Lennard-Jones [22], cực tiểu hóa tương tác Coulomb [23] Kết cấu trúc cluster với số hạt colloid thành phần nhỏ không phụ thuộc vào chất tương tác colloid-colloid khơng phụ thuộc vào hình dạng hạt Khi , việc phân tích cấu trúc hình học biểu diễn cluster khối đa diện trở nên khó khăn nhiều Tuy nhiên, cấu trúc khác phân biệt dựa số liên kết colloid Về nguyên tắc, số màu sắc cấu trúc cấu trúc có tính đối xứng cao Ví dụ, với , cấu hình đối xứng cao quan sát gồm: hạt (mỗi hạt có liên kết) hạt cịn lại (mỗi hạt có liên kết) Cấu hình với , thể tính đối xứng cao có hai loại liên kết gồm: hạt (mỗi hạt liên kết) gần tâm, hạt (mỗi hạt liên kết) xa tâm Với , cấu hình gồm: hạt (mỗi hạt liên kết), hạt (mỗi hạt liên kết), hạt (mỗi hạt liên kết) hạt (liên kết với hạt khác) Những kiểu cấu trúc lại thể kiểu liên kết Hình Cấu trúc cluster điển hình quan sát giai đoạn cuối q trình mơ ứng với tham số σ⊥ /σ|| = 0,6, α⊥ = α|| = 0,5, 63 Phạm Văn Hải Nguyễn Thị Như Hải Khi dùng khối đa diện, tạo cách nối tâm ellipsoid, để biểu diễn cấu trúc cluster Khi , việc phân biệt cấu trúc khác dựa số kiểu liên kết (số màu sắc khác nhau) colloid Kết luận Trong nghiên cứu này, khảo sát tập hợp hạt colloid dạng ellipsoid để tạo nên cấu trúc cluster có kích thước từ đến 12 hạt thành phần Q trình tự tập hợp điều khiển thơng qua bay droplets Sử dụng mô Monte Carlo, với tính tốn hàm phân bố xun tâm, hàm phân bố kích thước cluster, chúng tơi thu số kết sau Thứ nhất, miền không gian tham số lựa chọn khảo sát gồm α⊥ – đặc trưng cho tương tác hút tầm ngắn – đặc trưng cho tương tác đẩy tầm xa Chúng tơi nhận thấy có chuyển pha từ pha khí, sang pha lỏng pha gel tăng tương ứng α⊥ từ 0,1 đến 0,7 Trong việc tăng đến 115 kBT giúp ổn định cấu trúc cluster giảm cluster hình thành tự phát Thứ hai, phân tích cấu trúc cluster kBT cho thấy đa số cấu trúc có cấu trúc xác định Đáng ý cluster có kích thước nhỏ có cấu trúc trùng với cấu trúc cực tiểu mô ment bậc hai phân bố khối lượng [12], toán cực tiểu số dạng tương tác khác [22] Những cấu trúc cluster kích thước lớn khơng thỏa mãn điều kiện cực tiểu mô-ment bậc hai Kết phù hợp với nhận định cấu trúc cluster nghiên cứu tập hợp hạt colloid dạng dumbbell (quả tạ) [24] Tuy nhiên, từ phân tích số liên kết so sánh trực quan, quan sát thấy cấu trúc cluster thu nghiên cứu khác với cấu trúc mà Peng et al [24] đưa Phân tích xa tính đối xứng cần thiết để đánh giá đầy đủ cấu trúc tìm mối liên hệ chúng với khối đa diện toán học Lời cám ơn Nghiên cứu thực với hỗ trợ Đại học Sư Phạm Hà Nội qua đề tài mã số SPHN 19-02 TT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] 64 S C Glotzer and M J Solomon, 2007 Nature Materials 6, 557 F Li, D P Josephson, and A Stein, 2011 Angewandte Chemie International Edition, 50, 360 S C Glotzer and M J Solomon, 2007 Nat Mater, 6, 557 P F Damasceno, M Engel, and S C Glotzer, 2012 ACS Nano, 6, 609 G van Anders, N K Ahmed, R Smith, M Engel, and S C Glotzer, 2014 ACS Nano, 8, 931 H.-A Amir, E Michael, and C G Sharon, 2011 Journal of Chemical Physics, 135, 194101 R L Marson, T D Nguyen, and S C Glotzer, 2015 MRS Communications, 5, 397 T D Nguyen and S C Glotzer, 2010 ACS Nano, 4, 2585 T D Nguyen, E Jankowski, and S C Glotzer, 2011 ACS Nano, 5, 8892 D Ortiz, K L Kohlstedt, T D Nguyen, and S C Glotzer, 2014 Soft Matter, 10, 3541 Y Xia, T D Nguyen, M Yang, B Lee, A Santos, P Podsiadlo, Z Tang, S C Glotzer, and N A Kotov, 2011 Nat Nano, 6, 580 V N Manoharan, M T Elsesser, and D J Pine, 2003 Science, 301, 483 P V Hai, A Fortini, and M Schmidt, 2020 Physical Review, E101, 012608 P V Hai, A Fortini, and M Schmidt, 2017 Materials, 10 P V Hai, A Fortini, and M Schmidt, 2016 Physical Review, E93, 052609 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid [16] H Pham-Van, C Tran-Manh, B Do-Danh, T Nguyen-Minh, and H Luc-Huy, 2018 AIP Advances, 8, 125116 [17] P V Hai, P K Hoi, and T M Cuong, 2018 HNUE Journal of Science: Natural Science, 63, 10 [18] S Kinoshita, S Yoshioka, and J Miyazaki, 2008 Reports on Progress in Physics, 71, 076401 [19] S Varga, E Meneses-Júarez, and G Odriozola, 2014 Journal of Chemical Physics, 140, 134905 [20] I Schwarz, A Fortini, C S Wagner, A Wittemann, and M Schmidt, 2011 Journal of Chemical Physics, 135, 244501 [21] A Fortini, 2012 Physical Review, E 85, 040401 [22] M R H a P Pal, 1971 Advances in Physics, 20, 161 [23] A M Livshits and Y E Lozovik, 1999 Chemical Physics Letters, 314, 577 [24] B Peng, F Smallenburg, A Imhof, M Dijkstra, and A van Blaaderen, 2013 Angewandte Chemie International Edition, 52, 6709 ABSTRACT Assembly of ellipsoid-shaped colloids by emulsion droplet evaporation Pham Van Hai and Nguyen Thi Nhu Hai Faculty of Physics, Hanoi National University of Education In this paper, we study the assembly of ellipsoid colloidal particles to form cluster structures using Monte Carlo Metropolis simulations The self-assembly is accomplished through the evaporation of emulsion droplets We find that the majority of cluster structures have a well-defined configuration It is worth noting that cluster sizes smaller than possess structures that are exactly the same as the microscopic structure of the second order of mass distribution, as well as the optimization problems in some other forms of interaction However, cluster structures larger than particles not satisfy the second minimum condition These results agree with the perception of cluster structure in the assembly of dumbbell-shaped colloid particles In addition, based on the analysis of link numbers and visual comparison, we observe that the cluster structure obtained in this study is different from the structures in several previous studies in the literature Keywords: cluster structures, ellipsoid particles, Pickering emulsions, assembly 65 ... colloi cluster Hạt màu đỏ liên kết với hai hạt colloid khác, hạt màu đen liên kết với hạt colloid khác 62 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid Hình biểu diễn cấu trúc cluster. .. 56 Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid hạt cầu xếp khối lập phương thỏa mãn điều kiện biên tuần hồn Các mơ thực cho tổng số hạt colloid - droplet khoảng từ 500 đến 1000 hạt, .. .Cấu trúc cluster tập hợp từ hạt colloid dạng ellipsoid Trong nghiên cứu này, mở rộng nghiên cứu Manoharan nghiên cứu trước cho hạt colloid hình cầu đẳng hướng [13-17], sang hạt colloid có dạng