Abstrakt
Being able to systematically modify the electric properties of nano- and microparticles opens up new possibilities for the bottom-up fabrication of advanced materials such as the fabrication of one-dimensional (1D) colloidal and granular materials. Fabricating 1D structures from individual particles offers plenty of applications ranging from electronic sensors and photovoltaics to artificial flagella for hydrodynamic propulsion. In this work, we demonstrate the assembly of 1D structures composed of individual microparticles with modified electric properties, pulled out of a liquid environment into air. Polystyrene particles were modified by sulfonation for different reaction times and characterized by dielectric spectroscopy and dipolar force measurements. We found that by increasing the sulfonation time, the values of both electrical conductivity and dielectric constant of the particles increase, and that the relaxation frequency of particle electric polarization changes, causing the measured dielectric loss of the particles to shift towards higher frequencies. We attributed these results to water adsorbed at the surface of the particles. With sulfonated polystyrene particles exhibiting a range of electric properties, we showed how the electric properties of individual particles influence the formation of 1D structures. By tuning applied voltage and frequency, we were able to control the formation and dynamics of 1D structures, including chain bending and oscillation.
Cytowania
-
7
CrossRef
-
0
Web of Science
-
8
Scopus
Autorzy (6)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
- Opublikowano w:
-
Materials
nr 10,
strony 1 - 14,
ISSN: 1996-1944 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2017
- Opis bibliograficzny:
- Mikkelsen A., Kertmen A., Khobaib K., Rajnak M., Juraj K., Rozynek Z.: Assembly of 1D Granular Structures from Sulfonated Polystyrene Microparticles// Materials. -Vol. 10, nr. 10 (2017), s.1-14
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/ma10101212
- Bibliografia: test
-
- Dutka, F.; Rozynek, Z.; Napiórkowski, M. Continuous and discontinuous transitions between two types of capillary bridges on a beaded chain pulled out from a liquid. Soft Matter 2017, 13, 4698-4708. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Xu, K.; Qin, L.; Heath, J.R. The crossover from two dimensions to one dimension in granular electronic materials. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 368-372. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Stephenson, C.; Hubler, A. Stability and conductivity of self assembled wires in a transverse electric field. Sci. Rep. 2015, 5, 15044. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Quinten, M.; Leitner, A.; Krenn, J.R.; Aussenegg, F.R. Electromagnetic energy transport via linear chains of silver nanoparticles. Opt. Lett. 1998, 23, 1331-1333. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Solis, D., Jr.; Willingham, B.; Nauert, S.L.; Slaughter, L.S.; Olson, J.; Swanglap, P.; Paul, A.; Chang, W.-S.; Link, S. Electromagnetic energy transport in nanoparticle chains via dark plasmon modes. Nano Lett. 2012, 12, 1349-1353. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Tang, L.; Yu, G.; Li, X.; Chang, F.; Zhong, C.-J. Palladium-gold alloy nanowire-structured interface for hydrogen sensing. Chempluschem 2015, 80, 722-730. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Karg, M.; König, T.A.F.; Retsch, M.; Stelling, C.; Reichstein, P.M.; Honold, T.; Thelakkat, M.; Fery, A. Colloidal self-assembly concepts for light management in photovoltaics. Mater. Today 2015, 18, 185-205. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Su, M.; Li, F.; Chen, S.; Huang, Z.; Qin, M.; Li, W.; Zhang, X.; Song, Y. Nanoparticle based curve arrays for multirecognition flexible electronics. Adv. Mater. 2016, 28, 1369-1374. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Shen, S.C.; Liu, W.-T.; Diao, J.-J. Colloidally deposited nanoparticle wires for biophysical detection. Chin. Phys. B 2015, 24, 127308. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Li, F.; Badel, X.; Linnros, J.; Wiley, J.B. Fabrication of colloidal crystals with tubular-like packings. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3268-3269. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Rozynek, Z.; Wang, B.; Fossum, J.O.; Knudsen, K.D. Dipolar structuring of organically modified fluorohectorite clay particles. Eur. Phys. J. E 2012, 35, 9. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Li, C.; Tan, J.; Li, H.; Gu, J.; Zhang, B.; Zhang, Q. Fast magnetic-field-induced formation of one-dimensional structured chain-like materials via sintering of Fe 3 O 4 /poly(styrene-co-n-butyl acrylate-co-acrylic acid) hybrid microspheres. RSC Adv. 2015, 5, 28735-28742. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Bharti, B.; Findenegg, G.H.; Velev, O.D. Co-assembly of oppositely charged particles into linear clusters and chains of controllable length. Sci. Rep. 2012, 2, 1004. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Jiang, L.; Chen, X.; Lu, N.; Chi, L. Spatially confined assembly of nanoparticles. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 3009-3017. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Breidenich, J.L.; Wei, M.C.; Clatterbaugh, G.V.; Benkoski, J.J.; Keng, P.Y.; Pyun, J. Controlling length and areal density of artificial cilia through the dipolar assembly of ferromagnetic nanoparticles. Soft Matter 2012, 8, 5334-5341. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Vilfan, M.; Potocnik, A.; Kavcic, B.; Osterman, N.; Poberaj, I.; Vilfan, A.; Babic, D. Self-assembled artificial cilia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 1844-1847. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Hill, L.J.; Pyun, J. Colloidal polymers via dipolar assembly of magnetic nanoparticle monomers. ACS Appl. Mater. Interface 2014, 6, 6022-6032. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Endo, H.; Mochizuki, Y.; Tamura, M.; Kawai, T. Fabrication and functionalization of periodically aligned metallic nanocup arrays using colloidal lithography with a sinusoidally wrinkled substrate. Langmuir 2013, 29, 15058-15064. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Hornyak, G.; Kroll, M.; Pugin, R.; Sawitowski, T.; Schmid, G.; Bovin, J.O.; Karsson, G.; Hofmeister, H.; Hopfe, S. Gold clusters and colloids in alumina nanotubes. Chem. Eur. J. 1997, 3, 1951-1956. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Huang, J.; Tao, A.R.; Connor, S.; He, R.; Yang, P. A general method for assembling single colloidal particle lines. Nano Lett. 2006, 6, 524-529. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Favier, F.; Walter, E.C.; Zach, M.P.; Benter, T.; Penner, R.M. Hydrogen sensors and switches from electrodeposited palladium mesowire arrays. Science 2001, 293, 2227-2231. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Bharti, B.; Velev, O.D. Multidirectional, multicomponent electric field driven assembly of complex colloidal chains. Z. Phys. Chem. 2015, 229, 1075-1088. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Vutukuri, H.R.; Demirors, A.F.; Peng, B.; van Oostrum, P.D.J.; Imhof, A.; van Blaaderen, A. Colloidal analogues of charged and uncharged polymer chains with tunable stiffness. Angew. Chem. 2012, 51, 11249-11253. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Gangwal, S.; Pawar, A.; Kretzschmar, I.; Velev, O.D. Programmed assembly of metallodielectric patchy particles in external ac electric fields. Soft Matter 2010, 6, 1413-1418. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ding, H.; Liu, W.; Ding, Y.; Shao, J.; Zhang, L.; Liu, P.; Liu, H. Particle clustering during pearl chain formation in a conductive-island based dielectrophoretic assembly system. RSC Adv. 2015, 5, 5523-5532. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Fossum, J.O.; Meheust, Y.; Parmar, K.P.S.; Knudsen, K.D.; Maloy, K.J.; Fonseca, D.M. Intercalation-enhanced electric polarization and chain formation of nano-layered particles. EPL 2006, 74, 438-444. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Xie, Q.; Davies, G.B.; Harting, J. Controlled capillary assembly of magnetic Janus particles at fluid-fluid interfaces. Soft Matter 2016, 12, 6566-6574. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Kokot, G.; Piet, D.; Whitesides, G.M.; Aranson, I.S.; Snezhko, A. Emergence of reconfigurable wires and spinners via dynamic self-assembly. Sci. Rep. 2015, 5, 9528. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Rozynek, Z.; Han, M.; Dutka, F.; Garstecki, P.; Józefczak, A.; Luijten, E. Formation of printable granular and colloidal chains through capillary effects and dielectrophoresis. Nat. Commun. 2017, 8, 15255. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Lascelles, S.F.; Armes, S.P. Synthesis and characterization of micrometre-sized, polypyrrole-coated polystyrene latexes. J. Mater. Chem. 1997, 7, 1339-1347. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yan, J.; Wang, C.; Gao, Y.; Zheng, Z.; Zhong, S.; Miao, X.; Cui, X.; Wang, H. Anchoring conductive polyaniline on the surface of expandable polystyrene beads by swelling-based and in situ polymerization of aniline method. Chem. Eng. J. 2011, 172, 564-571. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kim, Y.; Park, D. The electrorheological responses of suspensions of polypyrrole-coated polyethylene particles. Colloid Polym. Sci. 2002, 280, 828-834. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Han, M.G.; Sperry, J.; Gupta, A.; Huebner, C.F.; Ingram, S.T.; Foulger, S.H. Polyaniline coated poly(butyl methacrylate) core-shell particles: Roll-to-Roll printing of templated electrically conductive structures. J. Mater. Chem. 2007, 17, 1347-1352. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Brijmohan, S.B.; Shaw, M.T. Proton exchange membranes based on sulfonated crosslinked polystyrene micro particles dispersed in poly(dimethyl siloxane). Polymer 2006, 47, 2856-2864. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kim, J.Y.; Kwon, S.; Ihm, D. Reliability and thermodynamic studies of an anisotropic conductive adhesive film (ACAF) prepared from epoxy/rubber resins. J. Mater. Process. Technol. 2004, 152, 357-362. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yuan, Y.; Lian, Y. Polystyrene microspheres coated with smooth polyaniline shells: Preparation and characterization. Tsinghua Sci. Technol. 2009, 14, 546-550. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kubarkov, A.V.; Pyshkina, O.A.; Karpushkin, E.A.; Stevenson, K.J.; Sergeyev, V.G. Electrically conducting polymeric microspheres comprised of sulfonated polystyrene cores coated with poly(3,4-ethylenedioxythiophene). Colloid Polym. Sci. 2017, 295, 1049-1058. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Piao, S.H.; Gao, C.Y.; Choi, H.J. Sulfonated polystyrene nanoparticles coated with conducting polyaniline and their electro-responsive suspension characteristics under electric fields. Polymer 2017, 127, 174-181. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Fan, W.; Zhang, C.; Tjiu, W.W.; Liu, T.X. Fabrication of electrically conductive graphene/polystyrene composites via a combination of latex and layer-by-layer assembly approaches. J. Mater. Res. 2013, 28, 611-619. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Pan, Y.F.; Wang, J.N.; Wang, Y.; Wang, Z.Q. PS microspheres coated by AuNPs via thermodynamic driving heterocoagulation and their high catalytic activity. Macromol. Rapid. Commun. 2014, 35, 635-641. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Lee, J.-H.; Lee, Y.; Nam, J.-D. Tunable surface metal morphologies and electrical properties of monodispersed polystyrene beads coated with metal multilayers via electroless deposition. Intermetallics 2009, 17, 365-369. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Mikkelsen, A.; Wojciechowski, J.; Rajňák, M.; Kurimský, J.; Khobaib, K.; Kertmen, A.; Rozynek, Z. Electric field-driven assembly of sulfonated polystyrene microspheres. Materials 2017, 10, 329. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Asako, Y.; Ono, S.; Aizawa, R.; Kawakami, T. Properties of electrorheological fluids containing numerously sulfonated polymer particles. In Progress in Electrorheology: Science and Technology of Electrorheological Materials; otwiera się w nowej karcie
- Havelka, K.O.L., Filisko, F.E., Eds.; Springer US: Boston, MA, USA, 1995; Volume 8, pp. 147-156. otwiera się w nowej karcie
- Asako, Y.; Ono, S.; Aizawa, R.; Kawakami, T. Properties of electrorheological fluids containing sulfonated poly(styrene-co-divinylbenzene) particles. Int. J. Mod. Phys. B 1996, 10, 3159-3166. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Fan, X.; Niu, L.; Wu, Y.H.; Cheng, J.; Yang, Z.R. Assembly route toward raspberry-like composite particles and their controlled surface wettability through varied dual-size binary roughness. Appl. Surf. Sci. 2015, 332, 393-402. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Fan, X.; Niu, L.; Xia, Z. Preparation of raspberry-like silica microcapsules via sulfonated polystyrene template and aniline medium assembly method. Colloid Polym. Sci. 2014, 292, 3251-3259. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Davis, L.C. Polarization forces and conductivity effects in electrorheological fluids. J. Appl. Phys. 1992, 72, 1334-1340. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Jones, T.B. Electromechanics of Particles; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 2005.
- Saville, D.A. Electrohydrodynamics: The taylor-melcher leaky dielectric model. Annu. Rev. Fluid Mech. 1997, 29, 27-64. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Drews, A.M.; Cartier, C.A.; Bishop, K.J.M. Contact charge electrophoresis: Experiment and theory. Langmuir 2015, 31, 3808-3814. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Kucera, F.; Jancar, J. Preliminary study of sulfonation of polystyrene by homogeneous and heterogeneous reaction. Chem Pap 1996, 50, 224-227. otwiera się w nowej karcie
- Benavides, R.; Oenning, L.W.; Paula, M.M.S.; Da Silva, L. Properties of polystyrene/acrylic acid membranes after sulphonation reactions. J. New Mat. Electrochem. Syst. 2014, 17, 85-90. otwiera się w nowej karcie
- Wallace, R.A. Electrical-conduction in sulfonated polystyrene films. J. Appl. Polym. Sci. 1973, 17, 231-238. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ikazaki, F.; Kawai, A.; Kawakami, T.; Konishi, M.; Asako, Y. Electrorheology of suspension of sulfonated styrene-co-divinylbenzene particles -approach based on the dielectric properties of the suspension. Int. J. Mod. Phys. B 1999, 13, 1845-1851. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Dreyfus, R.; Baudry, J.; Roper, M.L.; Fermigier, M.; Stone, H.A.; Bibette, J. Microscopic artificial swimmers. Nature 2005, 437, 862-865. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Li, F.; Anzel, P.; Yang, J.; Kevrekidis, P.G.; Daraio, C. Granular acoustic switches and logic elements. Nat. Commun. 2014, 5, 5311. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Li, D.C.; Banon, S.; Biswal, S.L. Bending dynamics of DNA-linked colloidal particle chains. Soft Matter 2010, 6, 4197-4204. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sun, Y.C.; Fei, H.T.; Huang, P.C.; Juan, W.T.; Huang, J.R.; Tsai, J.C. Short granular chain under vibration: Spontaneous switching of states. Phys. Rev. E 2016, 93, 032902. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Dommersnes, P.; Rozynek, Z.; Mikkelsen, A.; Castberg, R.; Kjerstad, K.; Hersvik, K.; Otto Fossum, J. Active structuring of colloidal armour on liquid drops. Nat. Commun. 2013, 4, 2066. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Axelrod, N.; Axelrod, E.; Gutina, A.; Puzenko, A.; Ben Ishai, P.; Feldman, Y. Dielectric spectroscopy data treatment: I. Frequency domain. Meas. Sci. Technol. 2004, 15, 755-764. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kremer, F.; Schönhals, A. Broadband Dielectric Spectroscopy; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2003. otwiera się w nowej karcie
- Rozynek, Z.; Dommersnes, P.; Mikkelsen, A.; Michels, L.; Fossum, J.O. Electrohydrodynamic controlled assembly and fracturing of thin colloidal particle films confined at drop interfaces. Eur. Phys. J.-Spec. Top. 2014, 223, 1859-1867. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 86 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Electric Field-Driven Assembly of Sulfonated Polystyrene Microspheres
- A. Mikkelsen,
- J. Wojciechowski,
- M. Rajnak
- + 4 autorów
Influence of Sn and Pb Ions Substitutions on Dielectric Properties of Barium Titanate
- W. Bąk,
- C. Kajtoch,
- S. Ptaszek
- + 5 autorów
Fabrication of ILs-Assisted AgTaO3 Nanoparticles for the Water Splitting Reaction: The Effect of ILs on Morphology and Photoactivity
- J. Zwara,
- A. Pancielejko,
- M. Paszkiewicz-Gawron
- + 5 autorów