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研究人員在不使用溶劑的情況下組裝微粒和納米顆粒的圖案
來源:布魯塞爾自由大學(xué) 發(fā)表于 2024/2/21

微粒的AFM圖像,可控地打印成心形圖標(biāo)。鱗片為 100 μm,即頭發(fā)厚度。圖片來源:伊格納斯·吉米達(dá)爾

來自布魯塞爾自由大學(xué)化學(xué)工程系、里加技術(shù)大學(xué)和特溫特大學(xué)MESA+研究所的研究人員成功地在不使用溶劑的情況下將非常小的顆粒(10μm至500nm,比人類頭發(fā)細(xì)10至100倍)排列在薄層中。這是為各種應(yīng)用開發(fā)新一代傳感器和電子設(shè)備的非常重要的第一步。


“基于結(jié)晶溶液的常用方法并不像我們想要的那樣通用。更重要的是,以前的干法主要對粘性表面有效,這限制了它們的應(yīng)用,“VUB 的 Ignaas Jimidar 說。為了解決這個問題,該團(tuán)隊設(shè)計了一種將顆粒附著在堅硬和非粘性表面上的方法。


他們用手在表面上摩擦顆粒,在大約20秒內(nèi),獲得了一層以六邊形圖案排列的密集堆積的顆粒。


“拓印是使用一種叫做PDMS的硅狀材料制成的印章完成的,”特溫特大學(xué)的Kai Sotthewes說。“摩擦過程產(chǎn)生的靜電,特別是在較硬的表面上,以及顆粒和表面之間的力對于創(chuàng)建所需的圖案至關(guān)重要。如果我們在日常生活中用氣球摩擦頭發(fā),或者在干燥的冬日觸摸金屬物體時會感到電擊,我們就會遇到這種靜電。


里加技術(shù)大學(xué)的Andris Šutka說:“圖案制作過程適用于導(dǎo)電和非導(dǎo)電表面,并且使用某些類型的顆粒粉末(例如聚苯乙烯(用作絕緣材料)和聚甲基丙烯酸甲酯或PMMA(也稱為Plexiglas)獲得了良好效果。二氧化硅是當(dāng)代電子產(chǎn)品中無處不在的成分,只有在覆蓋有碳氟化合物(一種聚四氟乙烯層)的表面上和沒有濕度的情況下才能很好地工作。

以 VUB 徽標(biāo)的受控形狀打印的微粒的 AFM 圖像。鱗片是100μm,是人類頭發(fā)的厚度。圖片來源:伊格納斯·吉米達(dá)爾

“因此,二氧化硅顆粒對用戶的友好性略低,但它們對各種溶劑都有抵抗力,這使得它們適用于生物和化學(xué)分析和檢測技術(shù),”特溫特大學(xué)的Gijs Roozendaal補(bǔ)充道。


“我們最終成功地在'晶圓'上大規(guī)模地創(chuàng)建了一系列微觀圖案和標(biāo)志,并使用原子力顯微鏡將它們?nèi)靠梢暬,”Ignaas Jimidar說。


“這代表了改進(jìn)電子產(chǎn)品、檢測各種化學(xué)和生物物質(zhì),甚至檢測假冒商品的有希望的發(fā)展。后一種是可能的,因為某些圖案的粒子根據(jù)角度的不同而折射光線。因此,您可以使用這些微粒來檢測顏色。


該論文發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces雜志上。

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