Onderzoekers van het Departement Chemische Technologie van de Vrije Universiteit Brussel, de Technische Universiteit van Riga en het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd om zeer kleine deeltjes (10 µm tot 500 nm, 10 tot 100 keer dunner dan een mensenhaar) in een dunne laag zonder gebruik van oplosmiddelen. Dit is een enorm belangrijke eerste stap op weg naar de ontwikkeling van een nieuwe generatie sensoren en elektronica voor een breed scala aan toepassingen.

“Gemeenschappelijke methoden gebaseerd op kristallisatieoplossingen zijn niet zo veelzijdig als we zouden willen. Bovendien waren eerdere droge methoden vooral effectief op kleverige oppervlakken, wat hun toepassingen beperkte”, zegt Ignaas Jimidar van de VUB. Om dit probleem aan te pakken, heeft het team een ​​methode bedacht om de deeltjes op harde en niet-plakkerige oppervlakken te hechten.

Ze wreven de deeltjes met de hand over het oppervlak en bereikten binnen ongeveer 20 seconden een enkele laag dicht opeengepakte deeltjes, gerangschikt in een zeshoekig patroon.

“Het wrijven gebeurt met een stempel gemaakt van een siliconenachtig materiaal genaamd PDMS”, zegt Kai Sotthewes van de Universiteit Twente. "De statische elektriciteit die wordt gegenereerd door het wrijfproces, vooral op hardere oppervlakken, en de krachten tussen de deeltjes en het oppervlak zijn cruciaal voor het creëren van de gewenste patronen. We komen deze statische elektriciteit in het dagelijks leven tegen als we een ballon tegen ons haar wrijven of voelen een schok op een droge winterdag als we een metalen voorwerp aanraken."

"Het patroonmaakproces werkte op zowel geleidende als niet-geleidende oppervlakken, en de beste resultaten werden bereikt met bepaalde soorten deeltjespoeders, zoals polystyreen (gebruikt als isolatie) en polymethylmethacrylaat of PMMA, ook bekend als plexiglas", zegt Andris Šutka van de Technische Universiteit van Riga. Silica, een alomtegenwoordig onderdeel in de hedendaagse elektronica, werkte alleen goed op oppervlakken die bedekt waren met fluorkoolstof (een soort teflonlaag) en als er geen vochtigheid was.

“Silicadeeltjes zijn dus iets minder gebruiksvriendelijk, maar wel bestand tegen allerlei oplosmiddelen, waardoor ze geschikt zijn voor biologische en chemische analyse- en detectietechnieken”, vult Gijs Roozendaal van de Universiteit Twente aan.

"Uiteindelijk zijn we erin geslaagd om op grote schaal een reeks microscopische patronen en logo's op 'wafers' te creëren en deze allemaal te visualiseren met behulp van een atoomkrachtmicroscoop", zegt Ignaas Jimidar.

“Dit is een veelbelovende ontwikkeling voor het verbeteren van de elektronica, het detecteren van allerlei chemische en biologische stoffen en zelfs het detecteren van namaakartikelen. Dat laatste is mogelijk omdat deeltjes in bepaalde patronen het licht anders breken, afhankelijk van de hoek. Met deze microdeeltjes zou je dus kleuren kunnen detecteren ."

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Materials &Interfaces .

Meer informatie: Kai Sotthewes et al, Op weg naar de assemblage van 2D-afstembare kristalpatronen van sferische colloïden op wafelschaal, ACS toegepaste materialen en interfaces (2024). DOI:10.1021/acsami.3c16830

Aangeboden door Vrije Universiteit Brussel