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Water reorientation dynamics in colloidal water–oil emulsions
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2021-11-30 , DOI: 10.1039/d1cp03182a Eliane P van Dam 1 , Roland Gouzy 2 , Eddie Pelan 3 , Krassimir P Velikov 2, 4, 5 , Huib J Bakker 1
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2021-11-30 , DOI: 10.1039/d1cp03182a Eliane P van Dam 1 , Roland Gouzy 2 , Eddie Pelan 3 , Krassimir P Velikov 2, 4, 5 , Huib J Bakker 1
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We study the molecular-scale properties of colloidal water–oil emulsions consisting of 120–290 nm oil droplets embedded in water. This type of emulsion can be prepared with low concentrations of surfactants and is usually kinetically stable. Even though colloidal water–oil emulsions are used ubiquitously, their molecular properties are still poorly understood. Here we study the orientational dynamics of water molecules in these emulsions using polarization resolved pump–probe infrared spectroscopy, for varying surfactant concentrations, droplet sizes, and temperatures. We find that the majority of the water molecules reorients with the same time constant as in bulk water, while a small fraction of the water molecules reorients on a much longer time scale. These slowly reorienting water molecules are interacting with the surface of the oil droplets. The fraction of slowly orienting water molecules is proportional to the oil volume fraction, and shows a negligible dependence on the average droplet size. This finding indicates that the total surface area of the oil droplets is quite independent of the average droplet size, which indicates that the larger oil droplets are quite corrugated, showing large protrusions into the water phase.
中文翻译：
胶体水油乳液中的水重新定向动力学
我们研究了由嵌入水中的 120-290 nm 油滴组成的胶体水油乳液的分子级特性。这种类型的乳液可以用低浓度的表面活性剂制备，并且通常是动力学稳定的。尽管胶体水油乳液被广泛使用，但它们的分子特性仍然知之甚少。在这里，我们使用偏振分辨泵-探针红外光谱研究这些乳液中水分子的取向动力学，以适应不同的表面活性剂浓度、液滴尺寸和温度。我们发现大多数水分子以与散装水相同的时间常数重新定向，而一小部分水分子在更长的时间尺度上重新定向。这些缓慢重新定向的水分子与油滴表面相互作用。缓慢定向的水分子的分数与油体积分数成正比，并且对平均液滴尺寸的依赖性可以忽略不计。这一发现表明油滴的总表面积与平均液滴尺寸完全无关，这表明较大的油滴非常波纹，显示出大的突起进入水相。
更新日期：2021-11-30
中文翻译：
胶体水油乳液中的水重新定向动力学
我们研究了由嵌入水中的 120-290 nm 油滴组成的胶体水油乳液的分子级特性。这种类型的乳液可以用低浓度的表面活性剂制备，并且通常是动力学稳定的。尽管胶体水油乳液被广泛使用，但它们的分子特性仍然知之甚少。在这里，我们使用偏振分辨泵-探针红外光谱研究这些乳液中水分子的取向动力学，以适应不同的表面活性剂浓度、液滴尺寸和温度。我们发现大多数水分子以与散装水相同的时间常数重新定向，而一小部分水分子在更长的时间尺度上重新定向。这些缓慢重新定向的水分子与油滴表面相互作用。缓慢定向的水分子的分数与油体积分数成正比，并且对平均液滴尺寸的依赖性可以忽略不计。这一发现表明油滴的总表面积与平均液滴尺寸完全无关，这表明较大的油滴非常波纹，显示出大的突起进入水相。
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