Wissenschaftler der Aalto University und des Paris Tech haben Wassertröpfchen mit darin enthaltenen magnetischen Nanopartikeln auf stark wasserabweisenden Oberflächen platziert und sie durch den Einfluss periodisch schwingender Magnetfelder verschiedene statische und dynamische Strukturen annehmen lassen. Dies ist das erste Mal, dass Forscher das reversible Wechseln zwischen statischer und dynamischer Selbstassemblierung demonstriert haben.
„Wir führen Forschungen auf diesem Gebiet durch, weil sie eine Möglichkeit bieten, neue reagierende und intelligente Systeme und Materialien zu erschaffen“, sagte Dr. Robin Ras von der Aalto University. Selbstassemblierung ist ein Prozess, in dem mehrere Komponenten ohne Steuerung von außen geordnete Strukturen oder Muster bilden. Der Prozess ist sowohl für Wissenschaftler als auch für die Industrie sehr interessant, weil sich viele natürliche Systeme auf selbstassemblierte Strukturen stützen und sie weitere technologische Anwendungen inspirieren können.
„Die Strukturbildung kann entweder statisch sein (gesteuert durch Energieminimierung) oder dynamisch (gesteuert durch kontinuierliche Energiezufuhr). Im Lauf der Jahre haben wir es geschafft, funktionale Materialien auf Basis von statischen selbstassemblierenden Hierarchien zu erschaffen. Dieses Modellsystem ebnet den Weg in Richtung noch vielseitigerer dynamischer Materialien, in denen die Strukturen durch Einspeisung von Energie gebildet werden“, sagte Academy Professor Olli Ikkala.
Mit dem neuen Modellsystem demonstrierten die Forscher, dass sich statische Tröpfchenstrukturen reversibel in dynamische transformieren können, wenn dem System durch schwingende Magnetfelder Energie zugeführt wird. Die Umwandlung war komplex und die kompliziertesten Muster traten auf, wenn die Energieeinspeisung gerade hoch genug war, um in das dynamische Selbstassemblierungsssystem einzufließen.
Video-Link: https://youtu.be/3PRogMaSo40
Magnetisch ausgelöste Trennung von Wassertröpfchen auf einer superhydrophoben Oberfläche. (Mika Latikka and Jaakko Timonen / Aalto University)
Neben der schwierigen Wissenschaft hinter der Selbstassemblierung sind die Tröpfchenstrukturen auch optisch bezaubernd. „Bei manchen Strukturen erinnern die Bewegungen der Tröpfchen an Tanzbewegungen. Wir finden sie einfach schön“, sagte Dr. Jaakko Timonen.
Diese Arbeit ist Teil der kürzlich fertiggestellten Doktorarbeit von Jaakko Timonen am Department of Applied Physics der Aalto University. Es ist eine fachübergreifende Forschungsarbeit, die Fachwissen über die Synthese magnetischer Nanoteilchen, superhydrophobe Oberflächen und das tiefe Verständnis der Selbstassemblierung kombiniert.
„Jaakko Timonens umfassendes Fachwissen war entscheidend für die Kombination dreier scheinbar unzusammenhängender Gebiete: magnetische Nanoteilchen, wasserabweisende Beschichtungen und Selbstassemblierung“, sagte Dr. Ras.
Video-Link: https://youtu.be/ehvFFbFFsjg
Selbstassemblierung von magnetischen Wassertröpfchen auf einer superhydrophoben Oberfläche. (Mika Latikka and Jaakko Timonen / Aalto University)
Video-Link: https://youtu.be/UtBNbDhTKR4
Umkehrbares Wechseln zwischen statischer und dynamischer Selbstassemblierung von magnetischen Wassertröpfchen. (Mika Latikka and Jaakko Timonen / Aalto University)
Die Ergebnisse wurden am 19. Juli unter dem Titel „Switchable Static and Dynamic Self-Assembly of Magnetic Droplets on Superhydrophobic Surfaces“ im Magazin Science veröffentlicht.
Quelle: http://www.aalto.fi/en/current//news/view/2013-07-19/
(THK)
Antworten