Electric-field-induced capillary attraction between like-charged particles at liquid interfaces
M.G. Nikolaides, A.R. Bausch, M.F. Hsu, A.D. Dinsmore, M.P. Brenner, C. Gay, and D.A. Weitz. (contacts)
Nature 420, (2002) 299-301 - BibTeX
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Abstract / Résumé

Les particules chargées de taille nanométrique ou micrométrique à une interface aqueuse sont généralement stabilisées par une répulsion coulombienne. Si l'une des phases qui forme l'interface est non polaire (comme l'air ou l'huile) et ne peut porter de charges, alors les particules manifesteront une interaction dipolaire à longue distance ; si la surface de l'interface est confinée, la répulsion mutuel entre particules peut induire un ordre, voire une cristallisation. Mais l'ordre des particules a égalemtn été observée en l'absence de confinement surfacique, suggérant que des particules de même charge aux interfaces pouvaient subir également des interactions attractives. Les déformations d'une interface sont connues pour induire des forces capillaires qui attirent entre elles des particules voisines, mais il manque encore une explication satisfaisante de l'origine de telles distorsions. Nous présentons ici des mesures quantitatives des interactions attractives entre particules colloïdales à une interface eau-huile, et nous montrons que l'attraction peut s'expliquer par les forces capillaires qui résultent de la distorsion de la forme de l'interface qui est due aux contraintes électrostatiques causées par le champ dipolaire des particules. Cette explication, qui est cohérente avec tous les résultats actuels d'ordre particulaire surfacique, suggère également que les interactions attractives pourraient àetre contrôlables : en jouant sur la polarité de l'un des fluides en contact, il devrait être possible d'ajuster les contraintes électrostatiques du système et donc l'attraction interparticulaire.

Nanometre- and micrometre-sized charged particles at aqueous interfaces are typically stabilized by a repulsive Coulomb interaction. If one of the phases forming the interface is a nonpolar substance (such as air or oil) that cannot sustain a charge, the particles will exhibit long-ranged dipolar repulsion; if the interface area is confined, mutual repulsion between the particles can induce ordering and even crystallization. However, particle ordering has also been observed in the absence of area confinement, suggesting that like-charged particles at interfaces can also experience attractive interactions. Interface deformations are known to cause capillary forces that attract neighbouring particles to each other, but a satisfying explanation for the origin of such distortions remains outstanding. Here we present quantitative measurements of attractive interactions between colloidal particles at an oil-water interface and show that the attraction can be explained by capillary forces that arise from a distortion of the interface shape that is due to electrostatic stresses caused by the particles' dipolar field. This explanation, which is consistent with all reports on interfacial particle ordering so far, also suggests that the attractive interactions might be controllable: by tuning the polarity of one of the interfacial fluids, it should be possible to adjust the electrostatic stresses of the system and hence the interparticle attractions.

 
publications/2002electrocapillary.txt · Dernière modification: 2018/02/01 10:48 par cgay
 
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