Des tiges Janus avec les mêmes caractéristiques de surface à l'exception de la géométrie du revêtement sont représentées. Les particules adoptent des orientations complètement différentes, ce qui implique qu'elles assument également des propriétés mécaniques différentes pour l'interface globale. Crédit :Giovanniantonio Natale
Nommées d'après un dieu romain, les particules Janus font référence à des nanoparticules qui possèdent des surfaces avec deux ou plusieurs propriétés chimiques physiques distinctes.
Les nanoparticules spéciales ont été présentées à la communauté scientifique par le lauréat du prix Nobel 1991, Pierre-Gilles de Gennes, qui a souligné que "les objets avec deux côtés de mouillabilité différente ont l'avantage unique de s'auto-assembler de manière dense aux interfaces liquide-liquide", et par conséquent , générant de nouvelles structures colloïdales.
L'asymétrie chimique qui en a résulté a conduit à la découverte de propriétés moléculaires nouvelles et inhabituelles, rendant les particules Janus pertinentes pour un large éventail d'applications, de la biomédecine aux textiles hydrofuges en passant par la fabrication de membranes aux propriétés ajustables.
En Physique des fluides , des chercheurs de l'Université de Calgary, en Alberta, au Canada, utilisent des simulations de dynamique des particules dissipatives (DPD) pour examiner la diffusion translationnelle des nanoparticules Janus à l'interface entre deux fluides non miscibles, incapables de se mélanger ou d'atteindre l'homogénéité.
En se concentrant sur un groupe de particules sphériques utilisées pour créer un corps rigide de tiges Janus, les simulations ont mis en lumière le comportement dynamique des nanoparticules, avec des revêtements de surface et des tailles variables, à une interface eau-huile. Le travail révèle une forte influence de leur forme sur leur orientation à l'interface ainsi que sur leur mobilité.
"En conséquence, ces réponses individuelles variables modifient la tension interfaciale de l'ensemble du système, ce qui a un impact sur la rhéologie et, par conséquent, sur les schémas de traitement", a déclaré le co-auteur Giovanniantonio Natale.
Natale et ses collègues décrivent un effet "d'inclinaison et de culbutage" dû à la présence de minima d'énergie locaux à l'interface, un effet qui varie avec le rapport d'aspect des tiges Janus et la couverture de surface de leurs revêtements.
Il a été démontré que la tension interfaciale diminue avec l'augmentation du rapport d'aspect lorsque les particules passent d'une position verticale à une orientation inclinée. La tension diminue lorsque les revêtements sont horizontaux plutôt que verticaux, car les particules sont plus stabilisées dans leur orientation.
En théorie, ces découvertes impliquent que les caractéristiques géométriques des particules Janus peuvent être modifiées sans que leurs chimies de surface ne soient altérées pour produire des émulsions stables ou instables.
Dans l'ensemble, les travaux fournissent des informations importantes et fondamentales sur la dynamique et l'auto-assemblage des particules browniennes anisotropes aux interfaces, ce qui pourrait mieux éclairer la conception et la fabrication d'interfaces techniques.
"De plus, nous pouvons utiliser nos simulations DPD pour optimiser les systèmes à l'échelle nanométrique, où la réalisation et la caractérisation d'expériences sont souvent extrêmement difficiles et chronophages", a déclaré Natale. Nouvelle voie pour la synthèse à grande échelle de particules Janus
