Forskare från Institutionen för kemiteknik vid Vrije Universiteit Brussel, Riga Technical University och MESA+ Institute vid University of Twente har lyckats ordna mycket små partiklar (10 µm till 500 nm, 10 till 100 gånger tunnare än ett människohår) i ett tunt lager utan att använda lösningsmedel. Detta är ett oerhört viktigt första steg mot att utveckla en ny generation av sensorer och elektronik för ett brett spektrum av applikationer.
"Vanliga metoder baserade på kristalliserande lösningar är inte så mångsidiga som vi skulle önska. Dessutom var tidigare torra metoder främst effektiva på klibbiga ytor, vilket begränsade deras tillämpningar", säger Ignaas Jimidar på VUB. För att komma till rätta med detta problem utarbetade teamet en metod för att fästa partiklarna på hårda och icke-klibbiga ytor.
De gnuggade partiklarna över ytan för hand och inom cirka 20 sekunder uppnådde de ett enda lager av tätt packade partiklar arrangerade i ett hexagonalt mönster.
"Gnuggningen görs med en stämpel gjord av ett silikonliknande material som kallas PDMS", säger Kai Sotthewes från University of Twente. "Den statiska elektriciteten som genereras av gnidningsprocessen, speciellt på hårdare ytor, och krafterna mellan partiklarna och ytan är avgörande för att skapa de önskade mönstren. Denna statiska elektricitet möter vi i vardagen om vi gnuggar en ballong mot håret eller känner. en chock en torr vinterdag när vi rör vid ett metallföremål."
"Mönsterframställningsprocessen fungerade på både ledande och icke-ledande ytor, och de bästa resultaten uppnåddes med vissa typer av partikelpulver, såsom polystyren (används som isolering) och polymetylmetakrylat eller PMMA, även känd som plexiglas", säger Andris Šutka från Riga tekniska universitet. Kiseldioxid, en allestädes närvarande komponent i modern elektronik, fungerade bara bra på ytor som var täckta med fluorkarbon (ett slags teflonskikt) och när det inte fanns någon fuktighet.
"Kiselpartiklar är därför något mindre användarvänliga, men de är resistenta mot alla typer av lösningsmedel, vilket gör dem lämpliga för biologiska och kemiska analys- och detektionstekniker", tillägger Gijs Roozendaal vid University of Twente.
"Vi lyckades så småningom skapa en serie mikroskopiska mönster och logotyper på "wafers" i stor skala och visualiserade dem alla med hjälp av ett atomkraftsmikroskop, säger Ignaas Jimidar.
"Detta representerar en lovande utveckling för att förbättra elektroniken, upptäcka alla typer av kemiska och biologiska ämnen och till och med upptäcka förfalskade varor. Det sista är möjligt eftersom partiklar i vissa mönster bryter ljuset olika beroende på vinkeln. Så du kan upptäcka färger med hjälp av dessa mikropartiklar ."
Uppsatsen är publicerad i tidskriften ACS Applied Materials &Interfaces .
Mer information: Kai Sotthewes et al, Toward the Assembly of 2D Tunable Crystal Patterns of Spherical Colloids on a Wafer-Scale, ACS Applied Materials &Interfaces (2024). DOI:10.1021/acsami.3c16830
Tillhandahålls av Vrije Universiteit Brussel
