Fabrikanten produceren high-end technologie meestal top-down met grote machines, maar kleine deeltjes kunnen van onderaf structuren bouwen. Een grote uitdaging is dat deze deeltjes gemakkelijk samenklonteren. Leids natuurkundige Daniela Kraft heeft een methode ontwikkeld om van dit fenomeen te profiteren. Ze heeft haar resultaten gepubliceerd in ACS Nano .

Bouw blokken

Kleinere computerchips, smalle klankkasten, miniatuur camera's; we blijven streven naar kleinere en complexere technologie, om bij ons te dragen of voor toepassingen zoals chirurgie. Tegelijkertijd, het wordt steeds moeilijker om op steeds kleinere schaal complexe componenten te bouwen. Dus, het zou veel handiger kunnen zijn om structuren van onderaf op te bouwen, met behulp van kleine bouwstenen. Dat is het streven van de onderzoeksgroep van de Leidse natuurkundige Daniela Kraft. Ze werkt aan een methode om structuren te bouwen van colloïden:deeltjes die groter zijn dan nanodeeltjes, maar te klein om met het blote oog te zien. interessant, colloïden werken volledig op zichzelf, als zelfstandige bouwstenen.

Brokken

Dit onderzoeksgebied staat nog in de kinderschoenen, maar Kraft en haar Ph.D. student Vera Meester heeft nu een grote sprong voorwaarts gemaakt door een methode te ontwikkelen om een ​​grote barrière in hun voordeel te gebruiken. "Colloïden hebben een sterke neiging om samen te klonteren, " zegt Kraft. "Normaal gesproken, dat is slecht nieuws, maar we laten ze hun gang gaan en zorgen ervoor dat ze daarna herschikken in een gewenste structuur."

Controle

Ze regelen het bouwproces door op bepaalde tijden zout of olie aan de colloïdale oplossing toe te voegen. Hierdoor kunnen ze de aantrekkende Van der Waals-krachten en de oppervlaktespanning beheersen. Onder invloed van deze krachten de willekeurig gevormde brokken zwellen op en herconfigureren op een specifieke manier. Het type en de concentratie van zout en olie bepalen welke structuren de colloïden vormen. Door verschillende combinaties te testen, Kraft weet nu een aantal basisstructuren te maken, van een eenvoudige haltervorm tot een vijfhoekige dipiramide. "Theoretici hebben al voorspeld wat voor soort bruikbare grotere constructies we kunnen bouwen met deze basisbouwstenen, maar in de praktijk je weet nooit wat er werkelijk gaat gebeuren."

Medische robots

Zodra natuurkundigen voldoende kennis hebben verworven over het commando van colloïden om specifieke structuren te bouwen, ze omzeilen de grens die fabrikanten vanuit hun top-down benadering benaderen door de andere kant op te gaan:bottom-up. Op deze manier, ze zullen in staat zijn om miniatuurapparaten te fabriceren die momenteel buiten het bereik van de conventionele industrie liggen. Kraft zegt, "In de toekomst, we kunnen kleine lichtschakelaars of medische robots bouwen. Omdat we bottom-up werken, we zullen niet worden beperkt met betrekking tot complexiteit, materialen of lengteschalen."