Synthesis and characterization of core-shell pnipan microgels and their self-assembly at water/oil interface
Creators: name: Αντωνοπούλου, Μαρία-Νεφέλη Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Μικροπηκτή
Αυτοοργάνωση
Διεπιφάνεια
Microgel
Self-assembly
Interface

description: Colloidal particles are extensively used to assemble materials from bulk suspensions or after adsorption and conﬁnement at ﬂuid interfaces (e.g., oil-water interfaces). Interestingly, and often underestimated, optimizing interactions for bulk assembly may not lead to the same behavior at ﬂuid interfaces. Controlling the microstructure of monolayers of microgels confined at a water/oil interface is the key to their successful application as nanolithography masks after deposition on a solid substrate. Previous work demonstrated that compression of the monolayer can be used to tune the microgel arrangement and to explore the full two-dimensional area–pressure phase diagram of the particles trapped at the interface. In this study, the synthesis of core and core-shell particles of Poly(N-isopropylacrylamide) took place with regard to their crosslinking ratio, in order to investigate the microstructure of monolayers of N-isopropylacrylamide (NiPAm) microgels P(NiPAm) at water/n-hexane interfaces. These particles have been thoroughly investigated in previous works and they were selected as a simple benchmark model system, from which general conclusions on soft repulsive core–shell particles (with an additional shell of P(NiPAm)) at interfaces can be extracted. Thus, the aim is to interfere in the microstructure, correlating the crosslinking ratio with the deformation of the particles at the water/hexane interface, the comparison between core and core-shell microgel, as well as the study of the properties of the synthesized particles. These structures could be an integral tool by which the microgels can be effectively turned into masks for the fabrication of vertically aligned nanowires by means of metal-assisted chemical etching. These findings highlight the subtle interplay between particle architecture, adsorption and interactions at the interface, the understanding and harnessing of which will lay the ground for their successful use as nanopatterning tools.
description: Τα κολλοειδή σωματίδια χρησιμοποιούνται εκτεταμένα για τη οργάνωση υλικών από αιωρούμενα σωματίδια ή μετά από προσρόφηση σε διεπiφάνειες ρευστών (π.χ. διεπιφάνεια ελαίου-νερού). Είναι ενδιαφέρον και συχνά υποτιμάται, ότι η βελτιστοποιήση των αλληλεπιδράσεων στον κύριο όγκο ενός υγρού μπορεί να μην οδηγεί στην ίδια συμπεριφορά όπως στις διεπιφάνειες ρευστών. Ο έλεγχος της μικροδομής των μονοστιβάδων των μικροπηκτών σε μια διεπιφάνεια νερού/ελαίου είναι το κλειδί για την επιτυχή εφαρμογή τους ως μήτρες για νανολιθογραφία, μετά την απόθεση σε ένα στερεό υπόστρωμα. Προηγούμενες έρευνες δείχνουν ότι η συμπίεση μιας μονοστιβάδας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελεγχθεί η διαρρύθμιση των σωματιδίων και να διερευνηθεί το πλήρες δισδιάστατο διάγραμμα φάσης, επιφανειακής τάσης και επιφάνειας, των σωματιδίων που παγιδεύονται στη διεπαφάνεια. Σε αυτή τη μελέτη, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση σωματιδίων πυρήνα και πυρήνα-κελύφους πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμιδίου) με διαφορετική πυκνότητα σταυροδεσμών, προκειμένου να διερευνηθεί η μικροδομή των μονοστιβάδων μικροπηκτών πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμιδίου) Ρ(NiPAm) στη διεπιφάνεια νερού/εξανίου. Αυτά τα σωματίδια έχουν διερευνηθεί διεξοδικά σε προηγούμενες έρευνες και επελέχθησαν ως ένα απλό μοντέλο αναφοράς, από το οποίο μπορούν να εξαχθούν γενικά συμπεράσματα για μαλακά σωματίδια με απωστικές δυνάμεις πυρήνα-κελύφους (με ένα πρόσθετο κέλυφος P(NiPAm)) σε διεπαφάνειες. Επομένως, ο σκοπός της παρούσα εργασίας είναι η παρεμβολή στη μικροδομή, συσχετίζοντας τη συγκέντρωση σταυροδεσμών με την παραμόρφωση των σωματιδίων στη διεπιφάνεια νερού/εξανίου, τη σύγκριση μεταξύ σωματιδίων πυρήνα και πυρήνα-κελύφους, καθώς και τη μελέτη των ιδιοτήτων των συντιθέμενων σωματιδίων. Αυτές οι δομές θα μπορούσαν να είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο με το οποίο μικροπηκτές, μπορούν να μετατραπούν αποτελεσματικά σε μήτρες για την κατασκευή κατακορύφα ευθυγραμμισμένων νανοϊνών με χημική εγχάραξη. Αυτά τα ευρήματα τονίζουν την σύνδεση μεταξύ της αρχιτεκτονικής των σωματιδίων, της προσρόφησης και των αλληλεπιδράσεών τους στη διεπαφάνεια∙ η κατανόηση και αξιοποίηση των οποίων αποτελεί το κλειδί για την επιτυχή χρήση τους ως εργαλεία νανολιθογραφίας.