"Physical ageing of the contact line on colloidal particles at liquid interfaces". D. M. Kaz, R. McGorty, M. Mani, M. P. Brenner, V. N. Manoharan. Nature Materials. IN PRESS. doi:10.1038/nmat3190
Young’s law
predicts that a colloidal sphere in equilibrium with a liquid interface
will straddle the two fluids, its height above the interface defined by
an equilibrium contact angle. This has been used to explain why colloids often bind to liquid interfaces, and has been exploited in emulsification, water purification, mineral recovery, encapsulation and the making of nanostructured materials. However, little is known about the dynamics of binding. Here we show that the adsorption of polystyrene microspheres to a water/oil
interface is characterized by a sudden breach and an unexpectedly slow
relaxation. The relaxation appears logarithmic in time, indicating that
complete equilibration may take months. Surprisingly, viscous
dissipation appears to play little role. Instead, the observed dynamics,
which bear strong resemblance to ageing in glassy systems, agree well
with a model describing activated hopping of the contact line over
nanoscale surface heterogeneities. These results may provide clues to
longstanding questions on colloidal interactions at an interface.
La ley de Young predice que una esfera coloidal en equilibrio con una interfaz líquida se extenderá por los dos fluidos, su altura por encima de la interfaz queda definida por un ángulo de contacto de equilibrio. Esto ha sido usado para explicar por qué los coloides frecuentemente se unen a interfaces líquidas, y ha sido aprovechado en emulsiones, purificación de agua, recuperación de minerales, encapsulación y elaboración de materiales nanoestructurados. Sin embargo, poco se conoce acerca de la dinámica de la unión. Aquí mostramos que la adsorción de microesferas de poliestireno a una interfaz de agua/aceite es caracterizada por una ruptura repentina y por una relajación inesperadamente lenta. La relajación es logarítmica en el tiempo, indicando que el equilibrio total puede toma meses. Sorprendentemente, la disipación viscosa parece jugar un papel menor. En cambio, la dinámica observada, que resulta similar al envejecimiento de sistemas vítreos, es bien descrita por un modelo de saltos activados de la línea de contacto sobre las nanohetereogeneidades de la superficie. Estos resultados pueden proveer pistas para elucidar viejas preguntas sobre las interacciones coloidales en una interfaz.
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