Micrografías ópticas que muestran el ensamblaje de un cristal coloidal 2D compuesto por aproximadamente 200 partículas. Arriba:la configuración inicial es un fluido retenido débilmente por dielectroforesis negativa. Segunda y tercera imágenes:las partículas se eliminan iterativamente y se concentran cíclicamente entre la actuación electroforético-electroosmótica y la actuación dielectroforética negativa usando control de retroalimentación. Abajo:Finalmente, se aumenta la dielectroforesis negativa para comprimir partículas en cristales coloidales cuasi-2D.
(Phys.org) —Los investigadores del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala y la Universidad Johns Hopkins han desarrollado una técnica para manipular de manera confiable cientos de partículas coloidales individuales del tamaño de un micrómetro para crear cristales con dimensiones controladas. El logro es un hito importante para comprender cómo dirigir y controlar el ensamblaje de objetos a microescala y nanoescala para aplicaciones de nanofabricación.
El experimento utiliza cuatro electrodos modelados en un cubreobjetos de microscopio para mover las partículas del tamaño de un micrómetro suspendidas en líquido mediante la aplicación de una combinación de campos eléctricos de CA y CC. Usando un no uniforme, campo de CA de alta frecuencia, las fuerzas dielectroforéticas ejercidas sobre las partículas dieléctricas se ajustan para ajustar la fuerza de su atracción a un área de recolección en el centro de los electrodos. Cuando estas fuerzas son lo suficientemente bajas, Los flujos electroforético-electroosmóticos inducidos mediante la aplicación de un campo de CC permiten a los investigadores eliminar selectivamente partículas del área y recortar los conjuntos de partículas a un tamaño y forma elegidos.
Variando independientemente los potenciales de los electrodos de CA y CC, los investigadores pueden dirigir el autoensamblaje de balsas bidimensionales (2D) hechas de números precisos de partículas; es decir., Cristales coloidales 2D. Una vez que se alcanza el tamaño de cristal deseado, las fuerzas de atracción que mantienen las partículas en el área de recolección aumentan para estabilizar la estructura. Un componente importante de este trabajo es la aplicación de un sistema de visión por computadora, sistema de retroalimentación en tiempo real que ajusta dinámicamente los campos de CA y CC para automatizar el proceso de ensamblaje dirigido.
Este trabajo muestra cómo la combinación de múltiples actuadores ofrece grados adicionales de libertad que pueden usarse para manipular conjuntos de componentes coloidales para crear tamaños y formas deseados. Los investigadores ahora están desarrollando métodos de medición lo suficientemente sensibles como para rastrear estructuras a escala nanométrica que permitirán extender estos métodos para controlar el ensamblaje de materiales a nanoescala.
