胶体团簇和凝胶在科学和技术中无处不在。粒子的软度对粒子间相互作用有着很强的影响，然而，科学家们对于这个因素在胶体团簇和凝胶形成中的作用的理解才出于开始阶段。近日，多伦多大学Eugenia Kumacheva，美国西北大学Monica Olvera de la Cruz等对异电荷聚合物纳米粒子混合物的粒子软度对团簇和网络组装的影响进行了实验和理论研究。
本文要点：
1）实验在聚合物玻璃转变温度以下或以上进行，该温度下纳米粒子之间的相互作用势和粘附力显著变化。
2）研究发现，硬纳米粒子组装成fractal团簇，随后在动力学阻滞的胶体凝胶中有序排列，而软纳米粒子由于纳米粒子的变形和粒子间距的减小形成密集的沉淀聚集体。
3）硬纳米粒子和软纳米粒子之间的相互作用导致在相对较低的软纳米粒子体积分数下形成离散的沉淀纳米粒子聚集体。
4）作者发展了一个针对具有不同软度的异电荷纳米粒子相互作用的现象学模型。实验结果与基于该模型的分子动力学模拟结果一致。
该工作为硬-硬、硬-软和软-软接触形成之前、期间和之后的粒子间相互作用提供了借鉴，并对可逆胶体凝胶的众多应用产生影响。
Sofia M. Morozova, et al. Colloidal Clusters and Networks Formed by Oppositely Charged Nanoparticles with Varying Stiffnesses. ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c04064
