Optiska mikrofotografier som visar sammansättningen av en 2D kolloidal kristall sammansatt av cirka 200 partiklar. Överst:Den initiala konfigurationen är en vätska som hålls svagt av negativ dielektrofores. Andra och tredje bilden:Partiklar avlägsnas sedan iterativt och koncentreras genom att cykla mellan elektroforetisk-elektrosmotisk aktivering och negativ dielektroforetisk aktivering med hjälp av återkopplingskontroll. Nederst:Äntligen, negativ dielektrofores ökas för att komprimera partiklar till kvasi-2D kolloidala kristaller.
(Phys.org)—Forskare från NIST Center for Nanoscale Science and Technology och Johns Hopkins University har utvecklat en teknik för att tillförlitligt manipulera hundratals individuella mikrometerstora kolloidpartiklar för att skapa kristaller med kontrollerade dimensioner. Framgången är en viktig milstolpe för att förstå hur man styr och kontrollerar sammansättningen av objekt i mikroskala och nanoskala för nanotillverkningstillämpningar.
Experimentet använder fyra elektroder mönstrade på ett täckglas i mikroskop för att flytta de mikrometerstora partiklarna suspenderade i vätska genom att applicera en kombination av AC- och DC-elektriska fält. Använda en icke-uniform, högfrekvent AC-fält, de dielektroforetiska krafterna som utövas på de dielektriska partiklarna är avstämda för att justera styrkan på deras attraktion till ett uppsamlingsområde i mitten av elektroderna. När dessa krafter är tillräckligt låga, elektroforetiska-elektrosmotiska flöden inducerade genom att applicera ett DC-fält tillåter forskarna att selektivt ta bort partiklar från området och trimma partikelaggregaten till en vald storlek och form.
Genom att oberoende variera AC- och DC-elektrodpotentialerna, forskarna kan styra självmonteringen av tvådimensionella (2D) flottar gjorda av exakta antal partiklar; dvs. 2D kolloidala kristaller. När den önskade kristallstorleken har nåtts, de attraktionskrafter som håller partiklarna i uppsamlingsområdet ökas för att stabilisera strukturen. En viktig komponent i detta arbete är tillämpningen av en datorvisionsbaserad, realtidsåterkopplingssystem som dynamiskt justerar AC- och DC-fälten för att automatisera den riktade monteringsprocessen.
Detta arbete visar hur kombinationen av flera ställdon erbjuder extra frihetsgrader som kan användas för att manipulera ensembler av kolloidala komponenter för att skapa önskade storlekar och former. Forskarna utvecklar nu mätmetoder som är tillräckligt känsliga för att spåra strukturer i nanometerskala som gör att dessa metoder kan utökas för att styra sammansättningen av material i nanoskala.
