Mesoskalige Selbstanordnung von hexagonalen Platten unter Verwendung lateraler kapillarer Kräfte: Synthese mithilfe der „Kapillarbond“

In diesem Papier wird die Selbstanordnung in einem quasi-zweidimensionalen, mesoskaligen System untersucht. Das hier untersuchte System umfasst hexagonale Platten („Hexagone“) aus Poly(dimethylsiloxan) (PDMS; 5,4 mm Durchmesser, 0,9−2,0 mm dick), deren Flächen hydrophil oder hydrophob funktionalisiert sind und die an der Grenze zwischen Perfluordecalin (PFD) und H2O schweben. Die Hexagone ordnen sich durch kapillare Kräfte an, die aus den Wechselwirkungen der Menisken an ihren hydrophoben und hydrophilen rechteckigen Flächen entstehen. Die Stärke und Richtung der Wechselwirkungen kann durch Manipulation der Höhen der Flächen, des Musters der hydrophoben Flächen, des Musters der hydrophoben Regionen auf diesen Flächen und der Dichten der drei interagierenden Phasen (organische Flüssigkeit, wässrige Flüssigkeit, polymerer Feststoff) angepasst werden. Die Untersuchung aller 14 möglichen Kombinationen von hydrophoben und hydrophilen Flächen auf den hexagonalen Platten führte zu drei Ergebnissen: (i) die Erweiterung der Strategien der Selbstanordnung von der molekularen auf die mesoskalige Ebene, (ii) der Nachweis eines Systems, in dem kleine Objekte so gestaltet werden können, dass sie sich in einer Vielzahl von Anordnungen selbst anordnen, und (iii) die Hypothese, dass kapillare Kräfte zwischen Objekten unter bestimmten Umständen als Grundlage für eine „Bindung“ zwischen ihnen, die Kapillarbond, betrachtet werden können und in der Synthese auf eine Weise verwendet werden können, die analog zu derjenigen ist, in der nicht-kovalente Bindungen in der Synthese auf molekularer Ebene verwendet werden.