(Phys.org)—Onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology en de Johns Hopkins University hebben een techniek ontwikkeld om op betrouwbare wijze honderden individuele colloïde deeltjes ter grootte van een micrometer te manipuleren om kristallen met gecontroleerde afmetingen te creëren. De prestatie is een belangrijke mijlpaal om te begrijpen hoe de assemblage van objecten op microschaal en nanoschaal voor nanoproductietoepassingen kan worden gestuurd en gecontroleerd.

Het experiment maakt gebruik van vier elektroden met een patroon op een dekglaasje van een microscoop om de deeltjes ter grootte van een micrometer te verplaatsen die in vloeistof zijn gesuspendeerd door een combinatie van AC- en DC-elektrische velden toe te passen. Met behulp van een niet-uniform, hoogfrequent AC veld, de diëlektroforetische krachten die op de diëlektrische deeltjes worden uitgeoefend, worden afgestemd om de sterkte van hun aantrekking tot een verzamelgebied in het midden van de elektroden aan te passen. Wanneer deze krachten laag genoeg zijn, elektroforetisch-elektroosmotische stromen die worden geïnduceerd door het toepassen van een gelijkstroomveld, stellen de onderzoekers in staat om selectief deeltjes uit het gebied te verwijderen en de deeltjesassemblages in een gekozen grootte en vorm te trimmen.

Door de AC- en DC-elektrodepotentialen onafhankelijk te variëren, de onderzoekers kunnen de zelfassemblage leiden van tweedimensionale (2D) vlotten gemaakt van precieze aantallen deeltjes; d.w.z., 2D colloïdale kristallen. Zodra de gewenste kristalgrootte is bereikt, de aantrekkingskrachten die de deeltjes in het verzamelgebied vasthouden, worden vergroot om de structuur te stabiliseren. Een belangrijk onderdeel van dit werk is de toepassing van een computer vision-gebaseerd, realtime feedbacksysteem dat de AC- en DC-velden dynamisch aanpast om het gestuurde assemblageproces te automatiseren.

Dit werk laat zien hoe de combinatie van meerdere actuatoren extra vrijheidsgraden biedt die kunnen worden gebruikt om ensembles van colloïdale componenten te manipuleren om de gewenste afmetingen en vormen te creëren. De onderzoekers ontwikkelen nu meetmethoden die gevoelig genoeg zijn om structuren op nanometerschaal te volgen, waardoor deze methoden kunnen worden uitgebreid om de assemblage van materialen op nanoschaal te controleren.