Janus particles in a gaussian optical potential: A comparative experimental study
Gaussian potansiyel içerisindeki janus parçacıkları: Karşılaştırmalı deneysel çalışma
- Tez No: 641412
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN, DR. AGNESE CALLEGARI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Yakın zamanlarda gösterilmiştir ki, silika/altın Janus parçacıkları, homojen optik potansiyele maruz kaldıkları zaman, hidrodinamik doğalarından kaynaklanarak aralarında oluşan çekici kuvvet etkileşimlerinden dolayı kümeleşebilimektedirler. Bu etkileşimler aynı anda birkaç farklı faktörün bir araya gelmesinden doğmaktadırlar: altın kaplamadan dolayı optik yoğunluğun kısmi olarak soğurulması sonucu oluşan sıcaklık farkı neticesiyle Janus parçacığın kendi etrafında oluşturduğu termoforetik akış, parçacığın alt kısmında bulunan tabansal sınır koşulu, yerçekiminden dolayı parçacığın spesifik oryantasyonu (kaplı kısmın alt tarafa gelmesi) ve silica parçacıklarının su içerisindeyken kendilerine has özellikleri olan soğuk alanlardan sıcak alanlara doğru hareket etmeleri. Makale içerisinde sunulan modele göre, sistemin davranışını açıklayan birkaç mümkün olasılık var: eğer paçacığı oluşturan materyal, zıt kökenli termoforetik özelliklere sahip ise (paracık sıcak bölgeden soğuk bölgeye hareket ediyorsa), bu durumda hidrodinamik etkileşimler ters yöne döner ve kümeleşme gözlemlenmemiş olur. Diğer bir soru da, yüzey sınır koşulunun da bu kümeleşmede rol oynayıp oynamadığıyla alakalıdır. Bu çalışmada, yukarıda verilen iki durumu da incledik; silika-altın Janus parçacıkları ile poylstryene-altın Janus parçacıklarının Gausian potansiyel altındaki davranışsal farklarını iki farklı yüzeysel sınır koşuluyla beraber (cam lam ve polymer lam içinde) karşılaştırmak suretiyle incelemelerde bulunduk. Bulgularımıza göre, polymer lam kullanıldığu durumda, polymer-altın Janus parçacıkları için ortaya itici hidrodinamik etkileşimleri çıkmakta ve az miktarda da olsa aynı etkileşimler silika-altın Janus parçacıkları için de bulunmaktadır. Bunun yanı sıra, polymer-altın kaplamalı ve kaplamasız olmak üzere iki farklı türü içeren solüsyonlarda, optik kuvvetler ile hidrodinamik kuvvetlerin bir arada bulunması dolayısıyla, iki türün nisbeten hızla ayrışmasını gözlemledik. Bu gözlemimizi parçacık sınıflandırmasında uygulamalı alanlarda işe yarayabilecek bir sonuç olarak görüyoruz. Deneysel anlamdaki basit sayılabilecek bu sonucun yanı sıra, bu çalışma ile ne kadar değişik çeşitlerde sistemin doğasında birarada bulunan kuvvetleri ayarlayarak değişik sonuçlar elde edebileceğimizi gösterdi.
Özet (Çeviri)
It has been shown recently that gold coated silica Janus particles can cluster when subject to a smooth optical field due to the presence of an attractive interaction of hydrodynamic nature \cite{mousavi2019clustering}. Such an interaction comes from the simultaneous presence of various factors: the thermophoretic flow around the Janus particle itself by the temperature gradient due to the partial absorption of the optical intensity on the gold cap of the particle, the presence of a boundary near the particle, the particular orientation (cap down) due to the gravity and the distinctive property of silica particles in water to move from colder to hotter regions. The model presented in the article suggests that there are various possibilities for driving the behaviour of the system: if the material constituting the particle had opposite thermophoretic features (particle moving from hotter to colder regions) then the sign of the hydrodynamic interaction would be reversed and we wouldn't observe any tendence to form clusters. In this study we investigate the two cases stated above: we compared the behaviour of gold coated silica Janus particles with the behaviour of gold coated polystyrene Janus particles under the effect of a Gaussian optical potential, for two different kind of boundaries (glass slide, polymer slide). We find that in the case of polymer slide there is evidence of a repulsive hydrodynamic interaction among gold coated polystyrene Janus particles, which is less pronounced for gold coated silica Janus particles. Moreover, the interplay of optical forces and repulsive hydrodynamic interaction is such that, in case of a mixed solution with Janus colloids and normal colloids, we obtain a relatively fast separation of the two species, that might find applications for particles sorting. Though relatively simple in the experimental realisation, this study shows how varied can be the interplay of different effects of different nature, i.e., due to external fields (optical, thermophoretic, hydrodynamic forces related to the beam itself) and due to the self-generated field (thermophoretic, hydrodynamic interaction due to the absorption by the gold cap). Understanding and engineering the experimental conditions might lead to realise systems where one can switch from clustering to sorting, opening possibilities for the realisation of reconfigurable colloidal structures, that might be interesting for cargo deliveries, or the realisation of micro-rotors.
Benzer Tezler
- Synthesis of magnetically anisotropic janus particles by droplet-based microfluidics
Damlalcık temelli mikroakışkan sistemde manyetik özellikli anizotropik janus parçacıkların sentezi
MUHAMMAD SAQIB
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE YEGAN ERDEM
- Acid catalysed synthesis of mesoporous silica and its applications as adsorbents, catalyst support and micromotors
Mezogözenekli silikanın asit katalizli sentezi ve adsorban, katalizör desteği ve mikromotor olarak uygulamaları
KUBİLAY ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM LEVEND DEMİREL
DR. ANNAMARIA MIKO
- Polimerik janus nanoparçacıkların morfolojileri üzerine yüzey aktif maddelerin etkisi
Effects of surfactants on the morphology of polymeric janusnanoparticles
ŞULE BOZARSLAN
- Beyin tümörü tedavisinde antikanser ilaçlarının nazal yolla aktarımı için lipit temelli taşıyıcıların geliştirilmesi
Development of lipid based carriers for the nasal delivery of anticancer drugs in the treatment of brain tumor
BURCU ÖKMEN ALTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKÇE DİCLE KALAYCIOĞLU
- Preparation of dual-drug loaded polymer-lipid hybrid nanoparticles towards the treatment of breast cancer
Meme kanseri tedavisine yönelik ikili ilaç yüklü polimer-lipit hibrit nanopartiküllerin hazirlanması
GÜŞTA İREM SAKIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
PROF. DR. WIM DE MALSCHE