Dynamics of self-propelled colloids and their application as active matter

Colloïden bewegen in suspensie door Browniaanse beweging. Echter, deze vorm van bewegen is willekeurig. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld zwemmende bacteriën,die even groot zijn, maar die het vermogen hebben om zich in een bepaalde richting te bewegen door chemicaliën om te zetten in mechanische beweging. In dit proefschrift zijn levenloze colloïdale deeltjes uitgerust met katalytisch materiaal om zelfvoortstuwende microzwemmers te vormen. Het eerste deel van het proefschrift geeft achtergrondinformatie over fabricage en zelfaandrijving van deze "actieve" colloïden en hun gebruik als modelsystemen om het zwemmen en de opkomst van collectieve fenomenen bestuderen. Om gerichte zelfvoortstuwing te bereiken, zou het colloïdale deeltje typisch moeten bestaan uit verschillende materialen, of een anisotrope vorm. Het bevat een materiaal dat een externe energiebron zoals chemische brandstof of licht kan omzetten in beweging. Dit proefschrift bestudeert de beweging van zelfvoortstuwende colloïden in complexe omgevingen. We ontwikkelden een serie van toepassingen van deze actieve colloïden en onderzochten hoe zelfaandrijvende colloïden kunnen worden gebruikt om de functie van nanosensors te verbeteren. Alhoewel een aanzienlijke hoeveelheid van theoretisch en experimenteel onderzoek zich heeft gericht op het begrijpen van de dynamiek van dergelijke colloïden, realistische toepassingen om actieve materialen te realiseren is grotendeels achterwege gebleven. Dit proefschrift laat zien hoe we eindelijk een dichte bulk suspensie van zelfrijdende chemisch actieve colloïden kunnen vormen die aan de basis voor nieuwe 'actieve materialen'.Colloids move when they are in a suspension by Brownian motion. However,the motion is random.This is in contrast to, for instance swimming bacteria, that are at a similar length scale, but have the ability to perform directed motion by converting chemicals into mechanical motion. In this thesis, inanimate colloidal particles are equipped with catalytic patches, to form self-propelling directed micro-swimmers. The first part of the thesis provides some background information on fabrication and self-propulsion of these "active" colloids and their use as model systems to study swimming and the emergence of collective phenomena. To achieve directed self-propulsion, typically the colloidal particle should consistof different materials or is shape anisotropic and contain a material that can convert an external energy source stemming from a chemical fuel or light into motion.The thesis then studies the motion of self-propelled colloids in complex environments. In the next part of the thesis, couple of applications of active colloids are developed.The thesis examines how self-propelling colloids can be used to improve the function of nanosensors. Although considerable theoretical and experimental research has focused on understanding the dynamics of such colloids, there have been limited efforts to develop this field towards realistic applications or to realize 'active materials'. This thesis finally demonstrates howdense bulk suspension of self-propelled chemically active colloids can form the basis for new 'active materials'