(Phys.org) - Muitos avanços recentes em microtecnologia e nanotecnologia dependem de partículas esféricas microscópicas que se auto-montam em agregados de grande escala para formar uma gama relativamente limitada de estruturas cristalinas. A montagem dirigida é um novo ramo deste campo, onde os cientistas descobrem como fazer as partículas se reunirem para formar uma ampla gama de estruturas em determinados locais.

As técnicas atuais de montagem direcionada geralmente usam um campo aplicado, como um campo elétrico ou magnético, para mover partículas e montá-las em estruturas bem definidas. Agora, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia identificaram um novo método simples para direcionar a montagem de partículas com base apenas na tensão superficial e no formato das partículas.

A pesquisa, liderado por Kathleen J. Stebe, professor do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular e Vice-Reitor de Pesquisa da escola, foi realizada por uma equipe de pesquisadores em seu laboratório, Marcello Cavallaro Jr., Lorenzo Botto, Eric P. Lewandowski e Marisa Wang. Foi publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences .

Seus resultados baseiam-se no simples fato de que a superfície de um líquido tende a minimizar sua área de superfície.

“É a mesma razão pela qual a tensão superficial faz uma gota d'água querer ser uma esfera, Stebe disse. “Mas podemos ajustar esse fenômeno para fazer coisas surpreendentes.”

Partículas esféricas de automontagem têm sido usadas para fazer novos materiais com propriedades óticas e mecânicas exclusivas, mas não esférico, ou anisotrópico, as partículas podem ser ainda mais promissoras. Por ter uma direcionalidade definível, as propriedades dos materiais que as partículas constituem podem ser alteradas com base em suas orientações.

No estudo, O laboratório de Stebe usou partículas cilíndricas feitas de um polímero comum. Quando colocado na superfície de uma fina película de água, os cilindros produzem uma deformação em forma de sela:a superfície da água mergulha em cada extremidade de uma partícula e sobe ao longo de seus lados.

O laboratório Stebe havia demonstrado anteriormente que esta forma de sela pode ser usada para orientar duas partículas cilíndricas de ponta a ponta. À medida que as depressões em suas extremidades entram em contato, a tensão superficial faz com que a área do espaço entre eles se contraia, trazendo as pontas juntas.

No novo estudo, em vez de duas partículas interagindo, as partículas interagem com um poste estacionário. A postagem cutuca a superfície da água, fazendo com que a superfície se curve para cima ao seu redor. A interação entre a deformação de uma partícula e esta curva é governada pelo mesmo fenômeno de tensão superficial mostrado no estudo anterior; as partículas se movem de modo a tornar a área de superfície a menor possível.

“Isso significa que, assim que as partículas atingem a superfície da água, eles mudam seu alinhamento e começam a se mover rapidamente colina acima em direção ao poste, ”Disse Cavallaro. “Também fomos capazes de prever as linhas que eles percorreriam em três formatos diferentes de postes.”

Ao alterar a forma da seção transversal dos postes, os pesquisadores conseguiram mostrar um controle preciso sobre como as partículas se moviam e se orientavam. Um poste circular atraiu partículas em linhas retas, enquanto um poste elíptico atraiu as partículas para as extremidades alongadas. Um poste quadrado produziu o comportamento mais complexo, puxando partículas fortemente para os cantos, deixando os lados abertos.

A escolha do laboratório da forma e do material das partículas foi apenas para ajudar os pesquisadores a observar a orientação e a posição das partículas; qualquer partícula não esférica, em qualquer superfície líquido-líquido ou líquido-vapor, seria regido pelos mesmos princípios e produziria o mesmo tipo de deformação. Isso torna essa pesquisa particularmente poderosa:ela não depende de a partícula ter uma determinada forma ou ser feita de um determinado material.

Superfícies cravejadas de postes estrategicamente posicionados e moldados podem direcionar e orientar as partículas em quase qualquer configuração. E porque o mecanismo por trás do movimento das partículas é simplesmente a curvatura da superfície, seu movimento pode ser “programado” mudando a disposição dos postes ou a forma da interface.

“Eu poderia entrar com agulha, por exemplo, e dinamicamente puxar a superfície em diferentes locais, ou em momentos diferentes, Stebe disse.

“Muitas vezes, quando pensamos em usar micro ou nanotecnologia, não estamos pensando em propriedades nessa escala minúscula:será a estrutura organizada feita de micro ou nanopartículas que será útil, talvez como uma lente ou uma superfície inteligente, Ela disse. “Esse fenômeno poderia ser usado para fazer novas estruturas, enviando partículas para determinados locais. Poderíamos definir caminhos e dizer 'aqui está um local de encaixe:vá lá' ou 'aqui está um local onde não queremos nada; não vá lá. '

“Esta é uma demonstração clara de montagem dirigida. Como a automontagem, as coisas vêm juntas de baixo para cima, mas aqui eles vêm juntos exatamente onde queremos. ”