材料科学：コロイド融合によって作製したパッチ粒子

コロイド粒子表面のパッチが方向の情報を提供することで、コロイド粒子が自己集合してより高次の構造を形成できるようになる。コンピューターを用いるツールによって、定量的な予測が可能になるとともに、粒子のパッチモチーフと、粒子内部の微細構造や自己集合でできた物質の創発的特性とを関連付ける設計ルールを作ることが可能になるが、表面パッチの付いた粒子（つまり「パッチ」粒子）のモデル系を実験的に実現することは困難である。合成パッチコロイド粒子は、シミュレーションに用いられるデジタル構成要素の不十分な幾何学的近似であることが多く、実験モデル系としてごく普通に使用できるほど高い収率で作製されることは極めてまれである。今回我々は、機能性パッチ粒子を調節可能かつスケーラブルな方式で作製するための、「コロイド融合」と称する手法を報告する。我々は、配位ダイナミクスと濡れ力を用いて、可塑剤を加えるとさまざまなパッチ表面形態の粒子に進化する液体–固体ハイブリッドクラスターを設計した。表面エネルギー最小化を考慮することによって進化経路を予測・制御でき、2つの系統の生成物が得られた。1つは、液体表面パッチを持つ球状粒子で、隣接粒子と硬化可能な結合を形成して丈夫な超コロイド構造を形成できる。もう1つは、平らな面で区切られた液体区画を持つ粒子で、硬化と精製によってコロイド多面体を形成できる。こうした知見から、まずコンピューターシミュレーションで表面パターンを設計し、次に実験室でそれらを非常に忠実に再現するという、スケーラブルなパッチ粒子合成戦略の概要が示される。

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