Fliesenlegen im Mikromaßstab

Eine Wand oder einen Boden fliest der Handwerker von Hand. Aber wie erhält man eine ordentliche Monoschicht auf einer Unterlage, wenn die „Fliesen“ nicht mehr groß und handlich sind, sondern mikroskopisch klein? Bisher galten in diesen Größenordnungen Selbstorganisationsprozesse als die Methode der Wahl. Koreanische Forscher sind nun zur Erkenntnis gekommen, dass sich auch noch solche winzigen Bausteine gut im „Do-it-yourself“-Verfahren anordnen lassen. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie beschreiben, sind die manuell erzeugten Monoschichten aus Mikrokristallen den selbstorganisierten qualitativ sogar überlegen.

Wie klein dürfen Bausteine sein, damit man sie noch per Hand auf eine Oberfläche kleben kann? Wie groß dürfen, umgekehrt, Mikro-Bausteine werden, damit sie sich noch per Selbstorganisation anordnen lassen? Und welche Methode ist die bessere im Größenbereich, in dem beide funktionieren? Diesen Fragen ist das Team um Kyung Byung Yoon von der Sogang University in Seoul nachgegangen. Dazu führten sie Versuche mit verschieden dimensionierten Zeolith-Kriställchen durch. Zeolithe sind Aluminosilikat-Minerale, die in vielen technischen Bereichen breite Anwendung finden.

Der pulverförmige Zeolith wurde durch einfaches Reiben mit dem Finger (mit oder ohne Latex-Handschuh) aufgebracht. Alternativ wurden die Zeolithe als Lösung aufgegeben und durch Ultraschall für den Selbstorganisationsprozess in Schwung gebracht. Als „Kleber“ zwischen den „Mini-Fliesen“ und dem Substrat dienten dabei die Anziehung zwischen entgegengerichtet geladenen Atomgruppen, Wasserstoffbrückenbindungen oder chemische Bindungen zwischen reaktiven Atomgruppen.

Wie sich zeigte, funktioniert die Selbstorganisation nur bei Teilchen, die kleiner als etwa 3 µm sind. Im Handbetrieb lassen sich noch Kriställchen auftragen bis hinunter zu einem Durchmesser von 0,5 µm. Im überlappenden Bereich (0,5 bis 3 µm) ist der Handbetrieb der Selbstorganisation unter Qualitätsaspekten vorzuziehen: Die Packung ist dichter und die Mikrokristalle sind gleichmäßiger orientiert. Während sich auf der selbstorganisierten Monoschicht einzelne unter einem Winkel von 90° aufgewachsene Kriställchen finden, werden solche „Parasiten“ per Hand einfach weggerieben. Weitere Vorteile des manuellen Verfahrens gegenüber dem Ultraschallprozess liegen auf der Hand: Es ist einfacher, benötigt weder ein Lösungsmittel noch eine spezielle Ausrüstung, läuft flotter ab und es können größere Flächen behandelt werden.

Angewandte Chemie: Presseinfo 12/2007

Autor: Kyung Byung Yoon, Sogang University, Seoul (Korea), http://www.sogang.ac.kr/bbs/faculty/2profile.php?para=101191

Angewandte Chemie 2007, 119, No. 17, doi: 10.1002/ange.200604367

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