Assembly of highly-ordered structures for nanosphere lithography

Fernandez Martinez, Sergio

4. term

Nanotechnology, Master

2016

2016-07-15

141

Nanosfære‑litografi er en billigere måde at mønstre overflader på ved at lade et enkelt, selvorganiseret lag af små kugler fungere som en maske. Metoden kombinerer bottom‑up og top‑down principper. Formålet med specialet er at afprøve og sammenligne metoder til at fremstille et kolloidkrystal‑monolag af nano‑ og mikrosfærer. Vi undersøgte tre fremgangsmåder: dråbefordampning, dyppebelægning og Langmuir–Blodgett‑samling ved luft/vand‑grænsefladen. Silica‑nanosfærer dannede ikke ordnede monolag ved dråbefordampning, hverken på hydrofobe eller hydrofile overflader; partiklerne klumpede sammen (aggregerede), og de laterale kapillarkræfter var for svage til at skabe orden. Polystyrenkugler gav derimod store områder med sekskantet tæt pakning (et bikubelignende mønster), men også tomme pladser og linjer med brud på ordenen. Dyppebelægning gav ligeledes meget ordnede monolag over større områder; graden af orden blev stærkt påvirket af partikelkoncentration, valg af opløsningsmidler og udtrækningshastighed, hvilket peger på, at belægningsbetingelserne kan optimeres yderligere. Med Langmuir–Blodgett‑metoden opnåedes endnu bedre orden for mikro‑polystyrenpartikler med sekskantede domæner samt linjedefekter; de største udfordringer var stabilitet under kompression ved overførsel og materialetab til vandfasen (subfasen), påvirket af dispersionsopløsningsmidlet og den hydrofile poly(akrylsyre), der er graftet på polystyrenoverfladen.

Nanosphere lithography offers a lower‑cost way to pattern surfaces by using a single, self‑assembled layer of tiny spheres as a mask, combining bottom‑up and top‑down approaches. This thesis evaluates practical methods to make a colloidal crystal monolayer from nano‑ and microspheres. We studied three routes: droplet evaporation, dip‑coating, and Langmuir–Blodgett assembly at the air/water interface. Silica nanospheres did not form ordered monolayers by droplet evaporation on either hydrophobic or hydrophilic substrates; the particles aggregated, and lateral capillary forces were too weak to promote ordering. In contrast, polystyrene spheres produced large areas of hexagonal close packing (a honeycomb‑like arrangement), together with vacancies and line defects. Dip‑coating also yielded highly ordered monolayers over larger areas; the extent of ordering depended strongly on particle concentration, solvent choice, and withdrawal speed, indicating that coating conditions can be further optimized. The Langmuir–Blodgett method gave even better order for micro‑polystyrene particles, with hexagonal domains and line defects; the main drawbacks were instability during compression and transfer and loss of material into the water subphase, influenced by the dispersion solvent and by the hydrophilic poly(acrylic acid) grafted onto the polystyrene surface.

[This abstract was generated with the help of AI]

Download
View record in AAU Student Projects

Fernandez Martinez, Sergio:

• Assembly of highly-ordered structures for nanosphere lithography (2016)