Forme con 'cariche capillari' si autoassemblano sulla superficie dei liquidi

Quando un liquido entra in contatto con un solido, la superficie del liquido si deforma a causa delle forze tra le diverse molecole coinvolte. Queste cosiddette forze capillari possono sollevare il liquido all'interfaccia o deprimerlo. Molto dipende dalle forze intramolecolari coinvolte, ma anche la forma del solido gioca un ruolo.

Queste forze portano a fenomeni importanti e familiari. Il processo di assorbimento è uno, in cui un liquido viene disegnato in un tubo stretto contro la gravità. Questo è uno dei principali processi attraverso i quali alberi e piante attingono acqua dal terreno.

Ma ci sono anche applicazioni meno conosciute. Un'idea è quella di utilizzare le forze capillari per fare in modo che le particelle fluttuanti si autoassemblano in forme più grandi e complesse.

Oggi, Nicolas Vandewalle e compagni dell'Università di Liegi in Belgio hanno sviluppato un modo completamente nuovo di manipolare le forze capillari per le strutture autoassemblanti. Il trucco che questi ragazzi hanno perfezionato è creare forze attrattive e repulsive controllando attentamente la forma delle particelle che vogliono assemblare. Il nostro metodo si basa sulla creazione di multipoli capillari che inducono forze attrattive o repulsive, dicono.

Un modo per creare forze attrattive e repulsive è quello di coprire i mattoni con rivestimenti idrofobici o idrofili. Questo crea diversi 'carichi' capillari. E poiché le cariche opposte si attraggono mentre le cariche simili si respingono, questo può essere sfruttato durante l'autoassemblaggio.

Ma questa è un'attività che richiede tempo, in particolare quando parti diverse dello stesso elemento costitutivo devono essere attraenti e ripugnanti e richiedono rivestimenti diversi.

Molto più semplice sarebbe un modo per fabbricare gli elementi costitutivi in ​​un unico passaggio con le cariche capillari richieste. Ed è esattamente ciò che Vandewalle e compagni hanno fatto.

Questi ragazzi mostrano come piegare i mattoni, in modo che non siano più piatti rispetto alla superficie del liquido, possa indurre diverse cariche capillari.

E hanno usato una stampante 3D per creare blocchi di pochi millimetri nelle forme necessarie per creare multipoli capillari. Hanno quindi osservato come si assemblano quando galleggiano sull'acqua.

La tecnica è semplice. Dopo aver progettato e stampato i mattoncini, li posizionano su una rete metallica, disposti a caso, e poi la calano lentamente nella vasca d'acqua. Quindi osservano i mattoni mentre galleggiano sulla superficie e si fondono.

I risultati sono interessanti. Mostrano chiaramente come i blocchi di costruzione appositamente progettati si assemblano in forme su larga scala che preservano la simmetria dei singoli blocchi di costruzione. Infatti, in un esempio, 35 blocchi da costruzione si assemblano in un pentagono perfetto. Questo lavoro apre nuove prospettive nell'autoassemblaggio, affermano Vandewalle e co.

E dicono che combinare la tecnica con i magneti potrebbe consentire l'autoassemblaggio di forme 3D.

Questo è un progresso potenzialmente importante per l'assemblaggio mesoscopico. E gli elementi costitutivi possono essere resi considerevolmente più piccoli, poiché le forze capillari agiscono su scale fino a un intervallo di micrometri.

Vandewalle e co non discutono su come intendono utilizzare questa nuova tecnica, il che offre ai lettori di Technology Review la scusa perfetta per intervenire con alcune proprie idee. Suggerimenti nella sezione commenti qui sotto, per favore.

Rif: arxiv.org/abs/1310.4847 : Personalizzazione dell'autoassemblaggio su mesoscala con la stampa 3D

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