Styrende partikler til rettet selvsamling af kolloide krystaller

(Phys.org)—Forskere fra NIST Center for Nanoscale Science and Technology og Johns Hopkins University har udviklet en teknik til pålideligt at manipulere hundredvis af individuelle mikrometer-størrelse kolloide partikler for at skabe krystaller med kontrollerede dimensioner. Præstationen er en vigtig milepæl for at forstå, hvordan man styrer og kontrollerer samlingen af ​​objekter i mikroskala og nanoskala til nanofremstillingsapplikationer.

Eksperimentet bruger fire elektroder mønstret på et mikroskopdækglas til at flytte de mikrometerstore partikler suspenderet i væske ved at anvende en kombination af AC og DC elektriske felter. Ved hjælp af en uensartet, højfrekvent AC-felt, de dielektroforetiske kræfter, der udøves på de dielektriske partikler, er indstillet til at justere styrken af ​​deres tiltrækning til et opsamlingsområde i midten af ​​elektroderne. Når disse kræfter er lave nok, elektroforetisk-elektrosmotiske strømme induceret ved at anvende et DC-felt giver forskerne mulighed for selektivt at fjerne partikler fra området og trimme partikelsamlingerne til en valgt størrelse og form.

Ved uafhængigt at variere AC- og DC-elektrodepotentialerne, forskerne kan lede selvsamlingen af ​​todimensionelle (2D) flåder lavet af præcise antal partikler; dvs. 2D kolloide krystaller. Når den ønskede krystalstørrelse er nået, de tiltrækningskræfter, der holder partiklerne i opsamlingsområdet, øges for at stabilisere strukturen. En vigtig komponent i dette arbejde er anvendelsen af ​​en computervision-baseret, Realtidsfeedbacksystem, der dynamisk justerer AC- og DC-felterne for at automatisere den rettede samlingsproces.

Dette arbejde viser, hvordan kombinationen af ​​flere aktuatorer giver ekstra grader af frihed, der kan bruges til at manipulere ensembler af kolloide komponenter for at skabe ønskede størrelser og former. Forskerne udvikler nu målemetoder, der er følsomme nok til at spore strukturer i nanometerskala, som gør det muligt at udvide disse metoder til at kontrollere samlingen af ​​materialer i nanoskala.