ENGINEERINGNET -- De gevormde bal lijkt verdacht veel op een voetbal, maar dan ongeveer duizend keer zo klein.
De bolletjes ordenen zich op dusdanige manier dat ze de meest dichte stapeling die mogelijk is, de zogenaamde dichtste bolstapeling, benaderen. De methode geeft nanotechnologen een nieuw middel in handen om minuscule 3D-structuren te maken.
Het onderzoek is deze week in het toonaangevende wetenschappelijke vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) gepubliceerd.
Bij hun methode plaatsten de UT-onderzoekers een waterdruppel met daarin vele duizenden polystyreenbolletjes van één micrometer groot (duizend keer zo klein als een millimeter) op een superhydrofoob oppervlak.
Door de druppel gecontroleerd heel langzaam te laten verdampen wordt de afstand tussen de bolletjes steeds kleiner en vormen ze verrassend genoeg een zeer geordende 3D-structuur. De bolletjes bleken zich vanzelf zo te organiseren dat de bal die ze samen vormden de meest compacte stapeling die mogelijk is (de zogenaamde dichtste bolstapeling) benadert; hierbij wordt 74 procent van de ruimte gevuld door de bolletjes.
Net als een voetbal zijn de gevormde structuren bijna perfect rond en bestaan ze uit een groot aantal rechte vlakken. De onderzoekers doopten hun materiaal dan ook: microscopic soccer balls. De minuscule voetballen zijn honderd tot duizend micrometer groot en bevatten tienduizend tot wel een miljard van de kleine polystyreenbolletjes.
Het Twentse onderzoek heeft een nieuw methode opgeleverd om met behulp van zelfassemblage dergelijke complexe 3D-structuren te vormen. Doordat de onderzoekers in staat zijn het aantal polystyreenbolletjes en de verdampingssnelheid nauwkeurig te controleren kunnen ze heel precies de structuur van het eindproduct bepalen.
Hierdoor geeft de methode nanotechnologen een nieuw middel in handen om op efficiënte wijze minuscule structuren te maken. De structuren zouden op termijn bijvoorbeeld ingezet kunnen worden voor medische doeleinden en in de voedingsmiddelenindustrie.
Het onderzoek is uitgevoerd door Álvaro Marín, Hanneke Gelderblom, Arturo Susarrey-Arce, Arie van Houselt, Leon Lefferts, Han Gardeniers, Detlef Lohse en Jacco Snoeijer van de vakgroepen Physics of Fluids, Catalytic Processes and Materials en Mesoscale Chemical Systems, van het UT-onderzoeksinstituut MESA+. Het onderzoek is financieel mede mogelijk gemaakt door NWO.
De resultaten van het onderzoek werden op 24 september gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
(GL)
