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Using Patchy Particles to Prevent Local Rearrangements in Models of Non-equilibrium Colloidal Gels.
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-01-06 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02675 Jasper N Immink 1 , J J Erik Maris 2 , Peter Schurtenberger 1, 3 , Joakim Stenhammar 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-01-06 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02675 Jasper N Immink 1 , J J Erik Maris 2 , Peter Schurtenberger 1, 3 , Joakim Stenhammar 1
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Simple models based on isotropic interparticle attractions often fail to capture experimentally observed structures of colloidal gels formed through spinodal decomposition and subsequent arrest: the resulting gels are typically denser and less branched than their experimental counterparts. Here, we simulate gels formed from soft particles with directional attractions ("patchy particles"), designed to inhibit lateral particle rearrangement after aggregation. We directly compare simulated structures with experimental colloidal gels made using soft attractive microgel particles, by employing a "skeletonization" method that reconstructs the three-dimensional backbone from experiment or simulation. We show that including directional attractions with sufficient valency leads to strongly branched structures compared to isotropic models. Furthermore, combining isotropic and directional attractions provides additional control over aggregation kinetics and gel structure. Our results show that the inhibition of lateral particle rearrangements strongly affects the gel topology and is an important effect to consider in computational models of colloidal gels.
中文翻译：
在非平衡胶体凝胶模型中，使用修补颗粒防止局部重排。
基于各向同性粒子间引力的简单模型通常无法捕获通过旋节线分解和随后的阻滞形成的胶体凝胶的实验观察结构：所得凝胶通常比其实验对应物更致密且分支更少。在这里，我们模拟了由具有方向性吸引力的软颗粒（“斑点颗粒”）形成的凝胶，该凝胶旨在抑制聚集后的侧向颗粒重排。我们通过采用“骨架化”方法（通过从实验或仿真中重建三维骨架）直接比较模拟结构与使用柔软吸引人的微凝胶颗粒制成的实验胶体凝胶的结构。我们表明，与各向同性模型相比，包含具有足够价态的方向性引力会导致强烈分支的结构。此外，将各向同性和方向性吸引力结合起来，可以提供对聚集动力学和凝胶结构的额外控制。我们的结果表明，抑制横向粒子重排会强烈影响凝胶拓扑结构，并且是胶体凝胶计算模型中要考虑的重要影响。
更新日期：2020-01-06
中文翻译：
在非平衡胶体凝胶模型中，使用修补颗粒防止局部重排。
基于各向同性粒子间引力的简单模型通常无法捕获通过旋节线分解和随后的阻滞形成的胶体凝胶的实验观察结构：所得凝胶通常比其实验对应物更致密且分支更少。在这里，我们模拟了由具有方向性吸引力的软颗粒（“斑点颗粒”）形成的凝胶，该凝胶旨在抑制聚集后的侧向颗粒重排。我们通过采用“骨架化”方法（通过从实验或仿真中重建三维骨架）直接比较模拟结构与使用柔软吸引人的微凝胶颗粒制成的实验胶体凝胶的结构。我们表明，与各向同性模型相比，包含具有足够价态的方向性引力会导致强烈分支的结构。此外，将各向同性和方向性吸引力结合起来，可以提供对聚集动力学和凝胶结构的额外控制。我们的结果表明，抑制横向粒子重排会强烈影响凝胶拓扑结构，并且是胶体凝胶计算模型中要考虑的重要影响。
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