Des chercheurs de la VUB impriment des motifs contrôlés de micro- et nanoparticules
Des chercheurs du département de génie chimique de la VUB, de la Riga Technical University et de l’institut MESA+ de l’Universiteit Twente sont parvenus à ordonner de très petites particules (de 10 µm à 500 nm, soit dix à cent fois moins que l’épaisseur d’un cheveu) en une seule couche mince sans utiliser de solvants. Cette réussite ne paraît peut-être pas très intéressante, mais il s’agit d’une première étape extrêmement importante pour le développement d’une future génération de capteurs et d’appareils électroniques destinés à un large éventail d’applications.
« Les méthodes habituelles basées sur la cristallisation des solutions ne sont pas aussi polyvalentes que nous le souhaiterions. En outre, les méthodes sèches utilisées précédemment étaient surtout efficaces sur les surfaces collantes, ce qui limitait leurs applications », déclare Ignaas Jimidar de la VUB. Pour résoudre ce problème, l’équipe a imaginé un moyen d’assembler ces minuscules particules sur des surfaces dures et non collantes. Les membres de l’équipe ont utilisé une méthode consistant à frotter manuellement les particules sur la surface et, en l’espace d’environ 20 secondes, ils ont obtenu une couche unique de particules densément tassées et disposées selon un modèle hexagonal. « Le frottement est effectué à l’aide d’un tampon fait d’un matériau semblable à la silicone appelé polydiméthylsiloxane (PDMS). L’électricité statique produite pendant le processus de frottement, en particulier sur les surfaces plus dures, et les forces existant entre les particules et la surface sont cruciales pour créer les motifs souhaités. Nous rencontrons cette électricité statique dans la vie de tous les jours lorsque nous frottons un ballon sur nos cheveux ou que nous ressentons un choc en hiver quand il fait sec en touchant un objet métallique », explique Kai Sotthewes de l’Universiteit Twente.
« Le processus de création de motifs a fonctionné à la fois sur des surfaces conductrices et non conductrices. De plus, nous avons obtenu les meilleurs résultats avec certains types de poudres de particules, telles que le polystyrène (connu comme matériau d’isolation) et le polyméthacrylate de méthyle (PMMA, mieux connu sous le nom de Plexiglas) », précise Andris Šutka de la Riga Technical University. La silice, une composante omniprésente dans les appareils électroniques d’aujourd’hui, ne fonctionnait bien que sur les surfaces recouvertes de fluorocarbone (une sorte de couche de Téflon) et en l’absence d’humidité. « Les particules de silice sont donc un peu moins faciles à utiliser, mais elles sont résistantes à toutes sortes de solvants et conviennent donc parfaitement aux analyses biologiques et chimiques ainsi qu’aux techniques de détection », ajoute Gijs Roozendaal de l’Universiteit Twente.
« Finalement, nous avons réussi à créer toutes sortes de motifs et de logos microscopiques à grande échelle sur ce que l’on appelle des plaquettes et à visualiser le tout à l’aide d’un microscope à force atomique », note Ignaas Jimidar. « Il s’agit d’un développement prometteur qui pourrait permettre d’améliorer les appareils électroniques, de détecter toutes sortes de substances chimiques et biologiques, et même de détecter les contrefaçons. Ce dernier point serait en effet possible, car les particules de certains motifs réfractent la lumière différemment en fonction de l’angle. Nous pourrions donc détecter des couleurs à travers ces microparticules », conclut Ignaas Jimidar.
Les recherches ont été publiées dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces et feront la couverture de l’édition imprimée.
Kai Sotthewes, Gijs Roozendaal, Andris Šutka et Ignaas S. M. Jimidar. Toward the Assembly of 2D Tunable Crystal Patterns of Spherical Colloids on a Wafer-Scale. ACS Applied Materials & Interfaces Article ASAP https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c16830
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