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Fumed silica based self-propelling anisometric patchy particles: preparation, modification and motion analyses
Oguztürk, Hatice Esra
This work compromises the preparation of FS-based anisometric supraparticles, improvement and modification of these supraparticles to obtain patchy particles with the aim of producing self-propelling particles and the motion analysis of the self-propulsion studies.
The starting point was to obtain fumed silica (FS) based anisometric supraparticles. With the addition of electrolyte to the FS-based colloidal mixture it was possible to obtain anisometric supraparticles. To do that, FS dispersions were mixed with NaCl and 3µl droplets of the colloidal mixture were employed on superhydrophobic surfaces to produce anisometric supraparticles via EISA (Evaporation induced self-assembly) method. The effect of ionic strength was examined by varying the NaCl concentration and to see the effect of the specific surface area of the FS, 3 different FS types with 90, 200 and 300 m2 / g were used.
In addition to NaCl, other electrolytes / additives and their influence on the drying kinetics of the FS-based particles were also examined. NaF, PEG and spermine were the additives used here.
In the second part of this work, Fe3O4@Pt catalyst was incorporated into the anisometric supraparticles to obtain patchy particles. By knowing the fact that H2O2 decomposition is a metal catalyzed reaction, our goal was to obtain a system in which particles are self-propelling via bubble propulsion mechanism. Pt catalyst embedded patchy particles worked as microswimmers in the presence of the fuel, H2O2. The main obstacle here was the mechanical stability of the particles. Therefore, with different modification techniques including hydrophobization agent, heat treatment and additives; 4 classes of particles were produced.
Third part consists of the detailed analysis of the outcome obtained from self-propulsion studies. Trajectories of the particles were analyzed and correlated with the composition of the relevant supraparticles.
Diese Studie befasst sich mit der Herstellung von FS-basierten anisometrischen Suprapartikeln, der Verbesserung und Modifikation solcher anisometrischer Suprapartikel mit dem Ziel der Herstellung von Partikeln mit Domänen sowie der autonomen Bewegung solcher Partikel und der Analyse dieser Bewegungsprozesse.
Der Ausgangspunkt hier war die Herstellung von anisometrischen Suprapartikeln auf der Basis von Fumed Silica (FS). Durch den Zusatz von Elektrolyt zur FS-basierten kolloidalen Mischung war es möglich anisometrische Suprapartikel zu erhalten. Für diesen Zweck wurden FS Dispersionen mit NaCl versetzt und 3 µl Tropfen der kolloidalen Mischung wurden auf superhydrophoben Oberflächen durch Eintrocknung in Suprapartikel überführt (EISA: Evaporation induced self-assembly). Der Effekt der Ionenstärke wurde durch Variation der NaCl Konzentration untersucht und auch der Effekt der spezifischen Oberfläches des FS, wobei hier 3 unterschiedliche FS Typen mit 90, 200 und 300 m2/g untersucht wurden.
Neben NaCl, wurden auch andere Elektrolyte/Additive und ihr Einfluss auf die Trocknungskinetik der FS-basierten Partikel untersucht. Hier wurden NaF, PEG und Spermine untersucht.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde Fe3O4@Pt Katalysatornanopartikel in anisometrische Suprapartikel eingebaut mit dem Ziel, hier „patchy particles“ zu erhalten. Der Pt-katalysierte H2O2 Zerfall und die daraus resultierende Bildung von Sauerstoffblasen ist eine Möglichkeit autonome Bewegung bei Suprapartiklen zu initiieren. Dabei wurde H2O2 als Treibstoff gewählt und Suprapartikel mit integriertem Pt Katalysator wurden als Mikroschwimmer untersucht. Geeignete Suprapartikel wurden hergestellt, hatten aber das Problem limitierter mechanischer Stabilität. Aus diesem Grunde wurden 4 Klassen von modifizierten Partikeln hergestellt, bei denen Hydrophobisierungsagens, Heizbehandlung und Additive systematisch variiert wurden.
Im dritten Teil wurde eine detaillierte Analyse der autonomen Bewegung der unterschiedliche Suprapartikel durchgeführt. Die Bewegungsgmuster wurden analysiert und mit der Zusammensetzung der betreffenden Suprapartikel korreliert.
