Влияние смачиваемости подложки и влажности воздуха на самосборку наночастиц при испарении капель коллоидных растворов

Об авторах:

Аль-Музайкер Мохаммед Али Яхья Али, аспирант, Физико-технический институт, инженер-исследователь, научно-исследовательская лаборатория фотоники и микрофлюидики, X-BIO, Тюменский государственный университет; m.al-muzajker@utmn.ru

Есенбаев Таир Ерикович, аспирант, Физико-технический институт, младший научный сотрудник, научно-исследовательская лаборатория фотоники и микрофлюидики, X-BIO, Тюменский государственный университет; ORCID, t.e.esenbaev@utmn.ru

Кубочкин Николай Сергеевич, аспирант, Физико-технический институт, младший научный сотрудник, научно-исследовательская лаборатория фотоники и микрофлюидики, X-BIO, Тюменский государственный университет; n.s.kubochkin@utmn.ru

Горева Мария Дмитриевна, студент, Физико-технический институт, Тюменский государственный университет; mariya.gorewa2012@yandex.ru

Иванова Наталья Анатольевна , кандидат физико-математических наук, доцент, профессор кафедры прикладной и технической физики, Физико-технический институт, заведующий научно-исследовательской лабораторией фотоники и микрофлюидики, X-BIO, Тюменский государственный университет; eLibrary AuthorID, ORCID, Web of Science ResearcherID, Scopus AuthorID, n.ivanova@utmn.ru

Аннотация:

В настоящей статье рассматривается влияние смачиваемости подложки и влажности воздуха на процесс формирования упорядоченных паттернов наночастиц в испаряющихся микрокаплях. Исследован процесс самосборки частиц полистирола и оксида алюминия на стекле, покрытом вольфрамом, углеродом, титаном, золотом и тефлоном. Проведена оценка времени испарения капель и анализ полученных упаковок частиц в зависимости от гидрофобности подложек. Выявлено влияние влажности на динамику испарения и самоорганизацию наночастиц.

Список литературы:

1. Лебедев-Степанов П. В. Самосборка наночастиц в микрообъеме коллоидного раствора: физика, моделирование, эксперимент / П. В. Лебедев-Степанов, Р. М. Кадушников, С. П. Молчанов, А. А. Иванов, В. П. Митрохин, К. О. Власов, Н. А. Рубин, Г. А. Юрасик, В. Г. Назаров, М. В. Алфимов // Российские нанотехнологии. 2013. № 3-4. C. 5-23.
2. Руденко О. В. Самосборка ансамблей коллоидных частиц в акустическом поле / О. В. Руденко, А. И. Коробов, Б. А. Коршак, П. В. Лебедев-Степанов, С. П. Молчанов, М. В. Алфимов // Российские нанотехнологии. 2010. Том 5. № 7-8. С. 63-65.
3. Ashkin A. Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers / A. Ashkin // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1997. Vol. 94. № 10. Pp. 4853-4860. DOI: 10.1364/OPN.10.5.000041
4. Deegan R. D. Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops / R. D. Deegan, O. Bakajin, T. F. Dupont, G. Huber, S. R. Nagel, T. A. Witten // Nature. 1997. Vol. 389. № 6653. Pp. 827-829. DOI: 10.1038/39827
5. Feldmann D. Manipulation of small particles at solid liquid interface: light driven diffusioosmosis / D. Feldmann, S. R. Maduar, M. Santer, N. Lomadze, O. I. Vinogradova, S. Santer // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. Article 36443. DOI: 10.1038/srep36443
6. Georgiadis A. Bespoke periodic topography in herd polymer films by infrared radiation-assisted evaporative lithography / A. Georgiadis, A. F. Routh, B. M. Murray, J. L. Keddiea // Soft Matter. 2011. Vol. 7. № 23. Pp. 11098-11102. DOI: 10.1039/C1SM06527K
7. Han W. Learning from «coffee rings»: ordered structures enabled by controlled evaporative self-assembly / W. Han, Z. Lin // Angewandte Chemie. 2012. Vol. 51. № 7. Pp. 1534-1546. DOI: 10.1002/anie.201104454
8. Helseth L. E. Particle interactions near the contact line in liquid drops / L. E. Helseth, T. M. Fischer // Physical Review E. 2003. Vol. 68. № 4. Article 042601. DOI: 10.1103/PhysRevE.68.042601
9. Ivanova N. A. Removal of micrometer size particles from surfaces using laser-induced thermocapillary flow: experimental results / N. A. Ivanova, V. M. Starov, A. Trybala, V. M. Flyagin // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. № 473. Pp. 120-125. DOI: 10.1016/j.jcis.2016.04.001
10. Layani M. Transparent conductive coatings by printing coffee ring arrays obtained at room temperature / M. Layani, M. Gruchko, O. Milo, I. Balberg, D. Azulay, S. Magdassi // ACS Nano. 2009. Vol. 3. № 11. Pp. 3537-3542. DOI: 10.1021/nn901239z
11. Li J. Drying dip-coated colloidal films / J. Li, B. Cabance, M. Sztucki, J. Gummel, L. Goehring // Langmuir. 2012. Vol. 28. № 1. Pp. 200-208. DOI: 10.1021/la203549g
12. Molchanov S. P. The factors determining formation dynamics and structure of ring-shaped deposits resulting from capillary self-assembly of particles / S. P. Molchanov, V. I. Roldughin, I. A. Chernova-Kharaevac, G. A. Yurasik, I. N. Senchikhi // Colloid Journal. 2018. Vol. 80. № 1. Pp. 59-72. DOI: 10.1134/S1061933X18010076
13. Shimoni A. Inkjet printing of flexible high-performance carbon nanotube transparent conductive films by «coffee ring effect» / A. Shimoni, S. Azoubel, S. Magdassi // Nanoscale. 2014. № 6. Pp. 11084-11089. DOI: 10.1039/c4nr02133a
14. Shin D. H. Evaporating characteristics of sessile droplet on hydrophobic and hydrophilic surfaces / D. H. Shin, S. H. Lee, J.-Y. Jung, J. Y. Yoo // Microelectronic Engineering. 2009. № 86. Pp. 1350-1353. DOI: 10.1016/j.mee.2009.01.026
15. Takhistov P. Complex stain morphologies / P. Takhistov, H. C. Chang // Industrial & Engineering Chemistry Research. Vol. 41. № 25. Pp. 6256-6269. DOI: 10.1021/ie010788+
16. Utgenannt A. Directed organization of gold nanoparticles in polymer coatings through infrared-assisted evaporative lithography / A. Utgenannt, J. L. Keddie, O. L. Muskens, A. G. Kanaras // Chemical Communications. 2013. Vol. 49. № 39. Pp. 4253-4255. DOI: 10.1039/c2cc37844b
17. Varanakkottu S. N. Light-directed particle patterning by evaporative optical Marangoni assembly / S. N. Varanakkottu, M. Anyfantakis, M. Morel, S. Rudiuk, D. Baigl // Nano Letters. 2016. Vol. 16. № 1. Pp. 644-650. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04377
18. Zhao Y. Spin coating of a colloidal suspension / Y. Zhao, J. S. Marshall // Physics of Fluids. 2008. Vol. 20. № 4. DOI: 10.1063/1.2896601
19. Zhiqun L. Evaporative Self-Assembly of Ordered Complex Structures / L. Zhiqun // World Scientific Publishing Company. 2010.