MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017358102
■00520260202103644
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798314874585
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32092592
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006169
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aLiu,  Tianyu.
■24510▼aElectric  Field  Directed  Colloidal  Self-Assembly,  Crystallization  and  Annealing  With  Biomimetic  Structural  Color
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a172  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Solomon,  Michael  J.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aSelf-assembly  is  an  effective  method  for  fabricating  ordered  microstructures  with  diverse  functional  properties,  such  as  colloidal  crystals.  However,  practical  self-assembly  techniques  often  incorporate  defects  into  the  structures  produced  that  can  compromise  the  functional  performance.  In  this  dissertation,  we  investigated  defect  structures  created  by  the  electric-field-induced  self-assembly  of  colloidal  spheres  and  the  impact  of  these  defects  on  the  optical  properties  of  the  colloidal  crystals  produced.  We  characterized  and  modeled  the  microstructure  and  defects  of  colloidal  crystals  as  well  as  their  structural  color  properties.  Additionally,  we  explored  annealing  strategies  to  reduce  defects  and  enhance  crystal  quality.Our  first  study  explores  the  mechanism  of  coloration  in  colloidal  crystals.  Differing  from  the  more  widely  investigated  structural  color,  colloids  with  ~1  µm  in  size  show  prismatic  coloration  under  conditions  of  off-axis  transmission.  We  self-assemble  colloidal  polystyrene  spheres  arrays  in  a  dispersed  phase  by  application  of  direct  current  electric  fields.  The  measured  spectral  peak  wavelength  agrees  with  the  diffraction  equation,  with  a  diffraction  efficiency  is  about  2.5-4%.  In  addition,  we  find  less  crystal  layer  thickness  improves  the  color  saturation.  For  1  µm  sized  particle,  the  optimized  color  intensity  is  found  at  number  of  layer  equal  to  five.  In  addition,  we  constructed  a  scattering  model  using  Mie  theory.  This  modeling  specifies  the  building  block  size  and  layer  number  effects  and  allows  full  prediction  of  coloration  spectrum  with  expanded  design  space.We  next  engineer  the  level  of  defects  incorporated  into  the  self-assembled  colloidal  crystals  and  explore  the  effect  of  their  abundance  on  the  grating  diffraction  response.  We  report  that  the  state  behavior,  grain  morphology,  and  hexatic  ordering  are  well  controlled  by  the  applied  current  density  and  salt  concentration  of  the  solution.  Moreover,  we  find  that  the  structural  color  intensity  decreases  defect  abundance  following  two  regimes.  Compared  to  the  defect  concentrated  regime,  the  color  intensity  increases  about  ten  times  faster  than  in  the  defect  dilute  regime,  with  turning  point  of  the  hexatic  order  parameter  at  ~0.87.  Moreover,  we  demonstrate  the  structures  simulated  by  molecular  dynamics  are  consistent.  The  optical  simulation  reveals  a  unique  trade-off  between  structural  color  intensity  and  the  azimuthal  uniformity.In  the  following  chapter,  we  look  for  effective  ways  to  anneal  defects  in  colloidal  crystals.  We  design  and  fabricate  a  coplanar  six-fold  microelectrode  device  and  operate  it  with  a  cyclically  rotating  electric  field  to  dynamically  resolve  defects  in  a  colloidal  crystal.  For  various  conditions,  we  characterize  the  evolution  of  the  microstructure  by  the  hexatic  order  parameter,  number  of  grains,  and  Voronoi  diagram.  We  report  that  the  optimal  condition  is  at  AC  field  of  5VRMS,  5kHz  and  a  cycling  period  of  15s,  which  removes  99%  of  defects  and  yields  a  hexatic  order  parameter  of  0.98.  Furthermore,  we  hypothesize  and  test  a  potential  mechanism  for  the  annealing.  That  is,  the  injected  energy  due  to  the  AC  field  activates  the  defect  rearrangement  that  progressively  generates  global  annealing.  This  approach  generates  a  master  curve  that  collapses  the  annealing  performance  as  a  function  of  field  amplitude,  frequency,  and  cycle  time.  An  active  energy  of  ~65  kBT  per  particle  yielded  successful  annealing  with  the  highest  crystal  quality.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aChemical  engineering
■653    ▼aColloidal  crystals
■653    ▼aCrystallization
■653    ▼aSelf-assembly
■653    ▼aStructural  color
■653    ▼aElectric  field
■690    ▼a0542
■690    ▼a0794
■690    ▼a0605
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bChemical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-11B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358102▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books