Assembly of 1D Granular Structures from Sulfonated Polystyrene Microparticles - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Assembly of 1D Granular Structures from Sulfonated Polystyrene Microparticles

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)

  • Zdjęcie użytkownika Dr Alexander Mikkelsen

    Alexander Mikkelsen Dr

    • Uniwersytet Adama Mickiewicza Wydział Fizyki
  • Zdjęcie użytkownika  Khobaib Khobaib

    Khobaib Khobaib

    • Uniwersytet Adama Mickiewicza Wydział Fizyki
  • Zdjęcie użytkownika  Michal Rajnak

    Michal Rajnak

    • Institute of Experimental Physics SAS Kosice Institute of Experimental Physics SAS Kosice
  • Zdjęcie użytkownika  Kurimsky Juraj

    Kurimsky Juraj

    • Technical Iniversity of Kosice Faculty of Electrical Engineering and Informatics
  • Zdjęcie użytkownika  Zbigniew Rozynek

    Zbigniew Rozynek

    • Uniwersytet Adama Mickieiwcza Wydział Fizyki

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 41 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY 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
  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
  35. 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
  36. 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
  37. 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
  38. 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
  39. 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
  40. 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
  41. 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
  42. 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
  43. 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
  44. Havelka, K.O.L., Filisko, F.E., Eds.; Springer US: Boston, MA, USA, 1995; Volume 8, pp. 147-156. otwiera się w nowej karcie
  45. 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
  46. 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
  47. 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
  48. Davis, L.C. Polarization forces and conductivity effects in electrorheological fluids. J. Appl. Phys. 1992, 72, 1334-1340. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  49. Jones, T.B. Electromechanics of Particles; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 2005.
  50. Saville, D.A. Electrohydrodynamics: The taylor-melcher leaky dielectric model. Annu. Rev. Fluid Mech. 1997, 29, 27-64. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  51. 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
  52. 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
  53. 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
  54. Wallace, R.A. Electrical-conduction in sulfonated polystyrene films. J. Appl. Polym. Sci. 1973, 17, 231-238. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  55. 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
  56. 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
  57. 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
  58. 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
  59. 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
  60. 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
  61. 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
  62. Kremer, F.; Schönhals, A. Broadband Dielectric Spectroscopy; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2003. otwiera się w nowej karcie
  63. 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

Meta Tagi