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Critical Packing Density of Water-Mediated Nonstick Self-Assembled Monolayer Coatings
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-12-23 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02803 Hsieh Chen 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-12-23 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02803 Hsieh Chen 1
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Nanoparticle–mineral surface interactions are relevant in many biological and geological applications. We have previously studied nanoparticle coatings based on closely packed bicomponent polyol–fluoroalkane self-assembled monolayers (SAMs) that can have tunable stickiness on calcite surfaces by changing the compositions of fluoroalkanes in SAMs, where the coatings show nonstick properties if fluoroalkanes can effectively perturb hydration layers on calcite surfaces. However, when applying coatings on nanoparticles, it can be challenging to predict the maximum achievable coating density. Here, we study how would water-mediated SAM–calcite interactions change with different SAM coating densities. Molecular dynamics simulations show that compositionally repulsive, closely packed polyol–fluoroalkane SAMs become adhesive to calcite surfaces with decreasing coating densities. Our modeling shows that this results from the collapsing of fluoroalkanes into the voids of SAMs, where fluoroalkanes can no longer perturb hydration layers on calcite surfaces. Interestingly, we find that the nonstick–stick transition occurs when the volume fractions of the voids on SAMs are greater than the volume fractions of hydrophilic coating molecules.
中文翻译：
水介导的不粘自组装单层涂料的临界堆积密度
纳米粒子-矿物表面相互作用与许多生物和地质应用相关。我们之前研究过基于紧密堆积的双组分多元醇-氟烷烃自组装单分子层 (SAM) 的纳米颗粒涂层，通过改变 SAM 中氟烷烃的组成，可以在方解石表面上具有可调的粘性，如果氟烷烃可以有效地干扰水合，涂层会显示不粘特性方解石表面上的层。然而，当在纳米颗粒上应用涂层时，预测可达到的最大涂层密度可能具有挑战性。在这里，我们研究了水介导的 SAM-方解石相互作用如何随着不同的 SAM 涂层密度而变化。分子动力学模拟表明，成分排斥，随着涂层密度的降低，紧密堆积的多元醇 - 氟代烷烃 SAM 变得粘附到方解石表面。我们的模型表明，这是由于氟代烷烃塌陷到 SAM 的空隙中造成的，在 SAM 的空隙中，氟代烷烃不能再扰乱方解石表面的水合层。有趣的是，我们发现当 SAM 上空隙的体积分数大于亲水涂层分子的体积分数时，会发生不粘-粘转变。
更新日期：2022-01-11
中文翻译：
水介导的不粘自组装单层涂料的临界堆积密度
纳米粒子-矿物表面相互作用与许多生物和地质应用相关。我们之前研究过基于紧密堆积的双组分多元醇-氟烷烃自组装单分子层 (SAM) 的纳米颗粒涂层，通过改变 SAM 中氟烷烃的组成，可以在方解石表面上具有可调的粘性，如果氟烷烃可以有效地干扰水合，涂层会显示不粘特性方解石表面上的层。然而，当在纳米颗粒上应用涂层时，预测可达到的最大涂层密度可能具有挑战性。在这里，我们研究了水介导的 SAM-方解石相互作用如何随着不同的 SAM 涂层密度而变化。分子动力学模拟表明，成分排斥，随着涂层密度的降低，紧密堆积的多元醇 - 氟代烷烃 SAM 变得粘附到方解石表面。我们的模型表明，这是由于氟代烷烃塌陷到 SAM 的空隙中造成的，在 SAM 的空隙中，氟代烷烃不能再扰乱方解石表面的水合层。有趣的是，我们发现当 SAM 上空隙的体积分数大于亲水涂层分子的体积分数时，会发生不粘-粘转变。
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