了解通过颗粒附着调节结晶的力

能量学和动力学的复杂相互作用支配着溶液中纳米晶体的行为。这些动力学通常根据Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek（DVLO）开发的理论进行解释，理解这些力对于控制定向附着（OA）尤为重要，其中单个纳米晶体以特定的排列方式融合在一起

在ACS Nano发表的一项新研究中，研究人员探索了DLVO理论中未考虑的力对经历OA的氧化锌（ZnO）模型系统的影响。他们发现，附件背后的驱动力是DLVO理论中没有考虑的偶极-偶极力

通过考虑非DLVO力的计算验证，偶极力在极性较低的溶液中会导致更快的附着。研究人员还表明，缓慢附着的短程排斥力取决于溶剂的性质，特别是其分子堆积和分子间相互作用

研究人员探索了调节ZnO模型系统中颗粒聚集、聚结和附着的动力学和结果的非DLVO力。他们通过将OA事件的原位透射电子显微镜观察与使用一系列溶剂的朗之万动力学模拟相结合，研究了偶极-偶极相互作用对驱动粒子接近和排列的长程力和力矩的影响

将这些力的大小与使用DLVO理论计算的静电力和范德华力进行比较表明，非DLVO力占主导地位，并为不同溶剂中观察到的差异提供了理论基础

他们还使用3D原子力显微镜研究了ZnO表面附近溶剂结构引起的短程排斥力。与乙醇和甲醇相比，水的溶剂化力更强，这是由于界面处的氢键更强，水分子堆积更密集

这些结果强调了解决和量化非DLVO力在建立理解和预测通过颗粒聚集和附着进行材料合成的一般框架中的重要性

研究人员创造了一系列令人印象深刻的纳米材料，具有独特的性质，如胶体晶体、介晶、高度分支的纳米线和对外部刺激可逆反应的适应性材料

要继续推进该领域并对颗粒聚集和附着行为进行预测性理解，需要超越传统的胶体理论，如DLVO。识别OA中起作用的不同力量将使研究人员能够创造条件，产生应用所需的特定最终纳米材料结构 More information: Lili Liu et al, Effect of Solvent Composition on Non-DLVO Forces and Oriented Attachment of Zinc Oxide Nanoparticles, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.4c01797

Journal information: ACS Nano