Pfiffige Trennung von Nanoteilchen
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
