VUB onderzoekers printen gecontroleerd patronen van micro- en nanodeeltjes
Onderzoekers van het departement chemische ingenieurswetenschappen van de VUB, de Riga Technische Universiteit en het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente zijn er in geslaagd om zeer kleine deeltjes (10 µm tot 500 nm, tien tot honderd keer kleiner dan een haardikte) te ordenen in een enkele dunne laag zonder gebruik van oplosmiddelen. Dat klinkt nogal droog, maar het betekent een ontzettend belangrijke eerste stap in het ontwikkelen van een toekomstige generatie van sensoren en elektronica voor een brede waaier van toepassingen.
“Gebruikelijke methoden gebaseerd op het uitkristalliseren van oplossingen, zijn niet zo veelzijdig als we zouden willen. Bovendien waren eerdere droge methoden voornamelijk werkzaam op plakkerige oppervlakken, waardoor hun toepassingen beperkt bleven.” zegt Ignaas Jimidar van de VUB. Om dit probleem aan te pakken, bedacht het team een manier om deze piepkleine deeltjes samen te voegen op harde en niet plakkerige oppervlakken. Ze gebruikten een methode waarbij ze de deeltjes handmatig over het oppervlak wrijven, en binnen ongeveer 20 seconden een enkele laag van dicht opeengepakte deeltjes kregen, gerangschikt in een zeshoekig patroon. “Het wrijven wordt gedaan met behulp van een stempel gemaakt van een siliconeachtig materiaal genaamd PDMS. De statische elektriciteit die ontstaat tijdens het wrijfproces, vooral op hardere oppervlakken, en de krachten tussen de deeltjes en het oppervlak zijn cruciaal om de gewenste patronen te creëren. Die statische elektriciteit kennen we in het dagelijks leven wanneer we een ballon over ons haar wrijven of op een droge winterse dag een schok voelen bij het aanraken van een metalen voorwerpen.” zegt Kai Sotthewes van de Universiteit Twente.
“Het proces om patronen te maken werkte op zowel geleidende als niet-geleidende oppervlakken en de beste resultaten werden behaald met bepaalde soorten poeders van deeltjes, zoals polystyreen (bekend als isolatiemateriaal) en polymethylmethacrylaat (PMMA, beter bekend als plexiglas).” zegt Andris Šutka van de Riga Technische Universiteit. Silica, een alomtegenwoordig bestanddeel in hedendaagse elektronica, werkte enkel goed op oppervlakken bedekt met fluorocarbon (een soort Teflon laag) én wanneer er geen vochtigheid was. “Silica deeltjes zijn dus iets minder gebruiksvriendelijk, maar wel resistent tegen allerlei oplosmiddelen, dus zeer geschikt in biologische en chemische analyses en detectietechnieken.” voegt Gijs Roozendaal van de Universiteit Twente toe.
“Uiteindelijk slaagden we erin op grote schaal allerlei microscopische patronen en logo’s te creëren op zogenaamde wafers, en dit alles met een atoomkracht microscoop te visualiseren.” zegt Ignaas Jimidar. “Dit betekent een beloftevolle ontwikkeling voor het maken van betere elektronica, het detecteren van allerlei chemische en biologische stoffen, en zelfs om vervalsingen te detecteren. Dit laatste is mogelijk doordat deeltjes in bepaalde patronen het licht anders breken afhankelijk van de hoek. Je zou door deze microdeeltjes dus kleuren kunnen detecteren.” besluit Jimidar.
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Materials & Interfaces, en zal de cover sieren van de print uitgave:
Kai Sotthewes, Gijs Roozendaal, Andris Šutka, and 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
Contact:
Ignaas Jimidar:
+31682002026
