Study of the effect of surfactants on the stability and structure of liquid crystal emulsions stabilized with nanoparticles under static and dynamic conditions

No Thumbnail Available
Castaño Castellar, Shaskya
Embargoed Until
Acevedo Rullán, Aldo
College of Engineering
Department of Chemical Engineering
Degree Level
Liquid crystal (LC) emulsions are promising candidates for the development of responsive soft materials and applications, such as sensors. The unique optical properties of the dispersed LC phase can be tuned to respond to physical, biological, or chemical stimuli, while suspended in a continuous phase that provides supports and withstands stresses. However, stabilizing LC emulsions to preserve their ordered structure remains a challenge. In this study, the use of ZnO nanoparticle-surfactant complexes of three commercial surfactants: anionic sodium dodecyl sulfate (SDS), nonionic Triton-X, and cationic dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB) to improve the stability of 5CB LC emulsions in aqueous glycerin solutions was investigated under static and dynamic conditions. Improved stability for at least a month were obtained with 0.01 w/w% ZnO nanoparticles and 0.01 mM of SDS or Triton-X, and 5 and 10 v/v% LC 5CB, while no stable emulsions were obtained for DTAB. The inclusion of ZnO nanoparticles did not affect the structural configuration of the LC droplets, maintaining a bipolar orientation for both SDS and Triton-X. Interfacial tension and ζ potential showed that ZnO nanoparticles adsorbed better at the LC-water interface in the presence of surfactants, contributing to droplet stabilization and dispersion. Steady-state rheology showed that LC droplets were stable under shear stresses of ~ O (102) mPa. This study demonstrates the potential use of ZnO nanoparticles with SDS or Triton-X surfactants as an alternative for long term stabilization of LC emulsions. The exceptional physicochemical properties of ZnO nanoparticles may allow for the development of novel soft matter hybrid systems.

Las emulsiones de cristal líquido (LC) son candidatas prometedoras para el desarrollo de materiales blandos sensibles y aplicaciones, como sensores. Las propiedades ópticas únicas de la fase LC dispersa se pueden ajustar para responder a estímulos físicos, biológicos o químicos, mientras se suspende en una fase continua que brinda apoyo y resiste las tensiones. Sin embargo, estabilizar las emulsiones de LC para preservar su estructura ordenada sigue siendo un desafío. En este estudio, se evaluó el uso de complejos de nanopartículas de ZnO-surfactante de tres surfactantes comerciales: dodecilsulfato de sodio aniónico (SDS), Triton-X no iónico y bromuro de dodeciltrimetilamonio catiónico (DTAB) para mejorar la estabilidad de las emulsiones 5CB LC en soluciones acuosas de glicerina, investigado en condiciones estáticas y dinámicas. Se obtuvo una estabilidad mejorada durante al menos un mes con nanopartículas de ZnO al 0,01 % p/p y SDS o Triton-X 0,01 mM, y LC 5CB al 5 y 10 % v/v, mientras que no se obtuvieron emulsiones estables para DTAB. La inclusión de nanopartículas de ZnO, no afectó la configuración estructural de las gotas de LC, manteniendo una orientación bipolar tanto para SDS como para Triton-X. La tensión interfacial y el potencial ζ mostraron que las nanopartículas de ZnO se adsorbieron mejor en la interfaz LC-agua en presencia de tensioactivos, lo que contribuyó a la estabilización y dispersión de las gotas. La reología en estado estacionario mostró que las gotas de LC eran estables bajo tensiones de cizallamiento de ~ O (102) mPa. Este estudio demuestra el uso potencial de nanopartículas de ZnO con tensioactivos SDS o Triton-X como alternativa para la estabilización a largo plazo de emulsiones LC. Las propiedades fisicoquímicas excepcionales de las nanopartículas de ZnO pueden permitir el desarrollo de nuevos sistemas híbridos de materia blanda.
Liquid crystals,
Pickering emulsions,
ZnO nanoparticles,
nanoparticle-surfactant complexes,
liquid crystal emulsion stabilization
Usage Rights
Except where otherwise noted, this item’s license is described as Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Castaño Castellar, S. (2023). Study of the effect of surfactants on the stability and structure of liquid crystal emulsions stabilized with nanoparticles under static and dynamic conditions [Thesis]. Retrieved from