Spontaneous organization of supracolloids into three-dimensional structured materials

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作者
Mohammad‐Amin Moradi,E. Deniz Eren,Massimiliano Chiappini,Sebastian Rzadkiewicz,Maurits Goudzwaard,Mark M. J. van Rijt,Arthur D. A. Keizer,Alexander F. Routh,Marjolein Dijkstra,Gijsbertus de With,Nico A. J. M. Sommerdijk,Heiner Friedrich,Joseph P. Patterson
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:20 (4): 541-547 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00900-5
摘要

Periodic nano- or microscale structures are used to control light, energy and mass transportation. Colloidal organization is the most versatile method used to control nano- and microscale order, and employs either the enthalpy-driven self-assembly of particles at a low concentration or the entropy-driven packing of particles at a high concentration. Nonetheless, it cannot yet provide the spontaneous three-dimensional organization of multicomponent particles at a high concentration. Here we combined these two concepts into a single strategy to achieve hierarchical multicomponent materials. We tuned the electrostatic attraction between polymer and silica nanoparticles to create dynamic supracolloids whose components, on drying, reorganize by entropy into three-dimensional structured materials. Cryogenic electron tomography reveals the kinetic pathways, whereas Monte Carlo simulations combined with a kinetic model provide design rules to form the supracolloids and control the kinetic pathways. This approach may be useful to fabricate hierarchical hybrid materials for distinct technological applications.

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