(Phys.org) —Onderzoekers van de Aalto University en Paris Tech hebben waterdruppels met magnetische nanodeeltjes op sterke waterafstotende oppervlakken geplaatst en deze uitgelijnd in verschillende statische en dynamische structuren met behulp van periodiek oscillerende magnetische velden. Dit is de eerste keer dat onderzoekers omkeerbaar schakelen tussen statische en dynamische zelfassemblage hebben aangetoond.

"We voeren deze onderzoekslijn uit omdat het een manier opent om nieuwe responsieve en intelligente systemen en materialen te creëren, " zei Dr. Robin Ras van Aalto University.

Zelfassemblage is een proces waarbij meerdere componenten georganiseerde structuren of patronen vormen zonder externe richting. Het proces is zeer interessant voor zowel wetenschappers als de industrie, omdat veel natuurlijke systemen vertrouwen op zelf-geassembleerde structuren en ze kunnen verder technologische toepassingen inspireren.

"De structuurvorming kan statisch zijn, gedreven door energieminimalisatie, of dynamisch, aangedreven door continue energietoevoer. Door de jaren heen zijn we erin geslaagd om functionele materialen te creëren op basis van statische zelf-geassembleerde hiërarchieën. Dit modelsysteem effent de weg naar nog veelzijdiger dynamische materialen, waarbij de structuren worden gevormd door het voeden van energie, " zei Akademiehoogleraar Olli Ikkala.

Door gebruik te maken van het nieuwe modelsysteem, de onderzoekers toonden aan dat statische druppelpatronen omkeerbaar kunnen transformeren in dynamische wanneer energie via een oscillerend magnetisch veld aan het systeem wordt toegevoerd. De overgang bleek complex te zijn en de meest gecompliceerde patronen kwamen naar voren toen de energietoevoer net genoeg was om het dynamische zelfassemblageregime in te gaan.

Naast de harde wetenschap achter de zelfassemblage, de druppelpatronen zijn ook visueel boeiend.

"In sommige patronen, de beweging van de druppeltjes lijkt op die van dansen. Wij vinden het gewoon mooi, " zei dr. Jaakko Timonen.

Dit werk maakt deel uit van het onlangs voltooide proefschrift van Jaakko Timonen aan de faculteit Technische Natuurkunde van Aalto University. Het is een multidisciplinair onderzoek, combineren expertise in magnetische nanodeeltjes synthese, superhydrofobe oppervlakken, en diepgaand begrip van zelfassemblages.

"De brede expertise van Jaakko Timonen was instrumenteel in het combineren van drie schijnbaar niet-gerelateerde velden:magnetische nanodeeltjes waterafstotende coatings, en zelfmontage, " zei dr. Ras.

De resultaten zijn gepubliceerd in Wetenschap op 19 juli, getiteld "Switchable Static and Dynamic Self-Assembly of Magnetic Droplets on Superhydrophobic Surfaces".