Impact of Particle Arrays on Phase Separation Composition Patterns

Auteurs : Supriyo Ghosh, Arnab Mukherjee, Raymundo Arroyave, Jack F. Douglas

The Journal of Chemical Physics, 152, 224902 (2020)
arXiv: 2006.08362v1 - DOI (physics.chem-ph)

Résumé : We examine the symmetry-breaking effect of fixed constellations of particles on the surface-directed spinodal decomposition of binary blends in the presence of particles whose surfaces have a preferential affinity for one of the components. Our phase-field simulations indicate that the phase separation morphology in the presence of particle arrays can be tuned to have a continuous, droplet, lamellar, or hybrid morphology depending on the interparticle spacing, blend composition, and time. In particular, when the interparticle spacing is large compared to the spinodal wavelength, a transient target pattern composed of alternate rings of preferred and non-preferred phases emerge at early times, tending to adopt the symmetry of the particle configuration. We reveal that such target patterns stabilize for certain characteristic length, time, and composition scales characteristic of the pure phase separating mixture. To illustrate the general range of phenomena exhibited by mixture-particle systems, we simulate the effects of single-particle, multi-particle, and cluster-particle systems having multiple geometrical configurations of the particle characteristic of pattern substrates on phase separation. Our simulations show that tailoring the particle configuration, or substrate pattern configuration, a relative fluid-particle composition should allow the desirable control of the phase separation morphology as in block copolymer materials, but where the scales accessible to this approach of organizing phase-separated fluids usually are significantly larger. Limited experiments confirm the trends observed in our simulations, which should provide some guidance in engineering patterned blend and other mixtures of technological interest.

Soumis à arXiv le 10 Jui. 2020

Explorez l'arbre d'article

Cliquez sur les nœuds de l'arborescence pour être redirigé vers un article donné et accéder à leurs résumés et assistant virtuel

Accédez également à nos Résumés, ou posez des questions sur cet article à notre Assistant IA.

Recherchez des articles similaires (en version bêta)

En cliquant sur le bouton ci-dessus, notre algorithme analysera tous les articles de notre base de données pour trouver le plus proche en fonction du contenu des articles complets et pas seulement des métadonnées. Veuillez noter que cela ne fonctionne que pour les articles pour lesquels nous avons généré des résumés et que vous pouvez le réexécuter de temps en temps pour obtenir un résultat plus précis pendant que notre base de données s'agrandit.