유체 계면에서 야누스 입자의 흡착 에너지

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이 총설에서는 야누스 입자가 유체 계면에 흡착할 때, 이들 입자가 가지는 평형 배향에 대한 이론적 접근 방법을 소개하고자 한다. 구형, 타원면, 그리고 아령 모양의 야누스 입자를 모델로 하여, 입자의 모양, 젖음성, 크기가 평형 배향에 강하게 영향을 준다는 사실을 설명하겠다. 특히 야누스 타원면의 경우, 특정 조건에서 두 개의 에너지 최소점이 존재하고, 따라서 이들 입자들이 두 개의 배향(수직 배향과 기울어진 배향)을 동시에 가질 수 있음을 의미한다. 또한 입자들이 각각의 배향을 가질 확률은 두 에너지 최소점 사이의 에너지 장벽에 해당하는 방위각에 의해서 결정된다. 반대로 야누스 아령은 오로지 한 개의 배향만을 취하지만, 입자의 기하학적 그리고 화학적 비등방성과 비대칭성이 증가할수록 중간 배향을 갖게 된다. 중간 배향 상태에서 입자들은 일정 범위 내의 방위각에서 자유롭게 회전할 수 있다. 야누스 입자의 배향에 대한 연구는, 이들 입자들이 유체의 계면에 비가역으로 흡착할 때, 개별 입자들의 배향이 입자간 상호 작용, 회합 현상, 그리고 더 나아가 유변학적 성질에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다는 점에서 그 중요성을 찾을 수 있다.

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In this review, I present the configuration behaviors of various Janus particles at fluid-fluid interfaces. As a model system, Janus spheres, Janus ellipsoids, and Janus dumbbells are selected to investigate the effect of shape, size, and wettability on their configurations. In particular cases, Janus ellipsoids can adopt two distinct configurations (i.e., upright and tilted configurations) due to the presence of two energy minima in the attachment energy profile. On the contrary, a single energy minimum is found in the case of Janus dumbbells such that they adopt either the upright or tilted configuration. Interestingly, the geometric and chemical asymmetry and anisotropy in the characteristic properties of Janus dumbbells lead to an intermediate state in which the particles can rotate freely in a certain range of orientation angles.

키워드

Janus Particles Configurations Attachment Energy Interfaces Colloid Surfactants

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