Micrografie ottiche che mostrano l'assemblaggio di un cristallo colloidale 2D composto da circa 200 particelle. In alto:La configurazione iniziale è un fluido debolmente trattenuto dalla dielettroforesi negativa. Seconda e terza immagine:le particelle vengono quindi rimosse e concentrate in modo iterativo ciclicamente tra l'attivazione elettroforetico-elettroosmotica e l'attivazione dielettroforetica negativa utilizzando il controllo del feedback. In basso:Infine, la dielettroforesi negativa viene aumentata per comprimere le particelle in cristalli colloidali quasi-2D.
(Phys.org)—I ricercatori del NIST Center for Nanoscale Science and Technology e della Johns Hopkins University hanno sviluppato una tecnica per manipolare in modo affidabile centinaia di singole particelle colloidali di dimensioni micrometriche per creare cristalli con dimensioni controllate. Il risultato è una pietra miliare importante per capire come dirigere e controllare l'assemblaggio di oggetti su microscala e nanoscala per applicazioni di nanoproduzione.
L'esperimento utilizza quattro elettrodi modellati su un vetrino coprioggetto per microscopio per spostare le particelle di dimensioni micrometriche sospese nel liquido applicando una combinazione di campi elettrici AC e DC. Usando un non uniforme, campo AC ad alta frequenza, le forze dielettroforetiche esercitate sulle particelle dielettriche sono sintonizzate per regolare la forza della loro attrazione su un'area di raccolta al centro degli elettrodi. Quando queste forze sono sufficientemente basse, i flussi elettroforetico-elettroosmotici indotti applicando un campo DC consentono ai ricercatori di rimuovere selettivamente le particelle dall'area e tagliare i gruppi di particelle a una dimensione e forma prescelte.
Variando indipendentemente i potenziali degli elettrodi AC e DC, i ricercatori possono dirigere l'autoassemblaggio di zattere bidimensionali (2D) fatte di un numero preciso di particelle; cioè., Cristalli colloidali 2D. Una volta raggiunta la dimensione del cristallo desiderata, le forze attrattive che trattengono le particelle nell'area di raccolta vengono aumentate per stabilizzare la struttura. Una componente importante di questo lavoro è l'applicazione di un sistema di visione artificiale, sistema di feedback in tempo reale che regola dinamicamente i campi AC e DC per automatizzare il processo di assemblaggio diretto.
Questo lavoro mostra come la combinazione di più attuatori offra ulteriori gradi di libertà che possono essere utilizzati per manipolare insiemi di componenti colloidali per creare le dimensioni e le forme desiderate. I ricercatori stanno ora sviluppando metodi di misurazione sufficientemente sensibili da tracciare strutture su scala nanometrica che consentiranno di estendere questi metodi per controllare l'assemblaggio di materiali su scala nanometrica.
