Technologie

Pfiffige Trennung von Nanoteilchen

09.11.2022 - Wasser-Öl-Gemisch reduziert Haftreibung zwischen verknüpften Nanoteilchen.

Eine verblüffende Lösung, miteinander verklebte Nano-Bauteile voneinander zu lösen, entwickelten Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena gemeinsam mit Kollegen aus Düsseldorf, Göteborg, Lyngby und Triest. Ihre Idee besteht darin, die Nano-Bauteile in ein Lösungsmittel zu tauchen, das sich in der Nähe des kritischen Punktes befindet. Im Versuchs­aufbau gelang es, die verklebten Teile steuerbar voneinander zu trennen, indem die Temperatur des Lösungs­mittels verändert wurde. 

„Wir haben nach einer Lösung gesucht, die uner­wünschte Haftreibung von aneinander reibenden Nano-Teilchen aufzuheben“, sagt Falko Schmidt vom Institut für Angewandte Physik. Diese Haftreibung wird durch Casimir-Kräfte hervor­gerufen. Diese Kräfte werden durch Fluktuationen hervorgerufen und führen unvermeidlich zum Zusammen­kleben der Bauteile. Die Idee der Forscher war es nun, die Bauteile in eine Lösung zu geben, ein Wasser-Öl-Gemisch, in dem ebenfalls Fluk­tuationen auftreten. Diese Teilchen­bewegungen lassen sich über die Änderung der Temperatur steuern.

„Das Besondere ist also, dass wir die Fluk­tuationen nicht unterdrücken, sondern durch andere ersetzen“, sagt Schmidt. Der gewünschte Effekt wurde im Experiment mit Hilfe eines beheiz­baren Mikroskop-Objektivs erzielt. Es gelang, ein Gold­plättchen über ein strukturiertes metallisches Substrat zu führen. Normalerweise würde das Gold­plättchen am Substrat festkleben. Nähert sich die umgebende Flüssigkeit dem kritischen Punkt, also dem Temperatur­bereich, bei dem sich Wasser und Öl entmischen, sind die Fluktuationen so stark, dass die Haftung vermieden wird. Das könne so wirksam sein, dass klebende Bauteile entfesselt und wieder bewegbar gemacht werden können, so die Forscher.

Die Experimente führte Falko Schmidt noch an der Universität Göteborg durch, wo er zudem neue experimentelle Methoden entwickelte, die schließlich zum Erfolg führten. „Die Idee zu diesem Projekt war schnell geboren, da dieses Problem aus der Nanoherstellung eindeutig ersichtlich war“, sagt Schmidt. Doch der Weg zur Lösung sei lang gewesen. Letztlich setzte sich der Ansatz durch, den kritischen Casimir-Effekt durch den quanten­elektrodynamischen Casimir-Effekt zu dominieren. Angewendet werden soll die Idee zukünftig, um mikro- und nanoelektro­mechanische Systeme von mechanischen Reibungs­blockaden zu befreien und damit neue wirkungsvolle funktions­orientierte Nano-Bauteile weiterzuentwickeln.

FSU Jena / JOL

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