Les formes avec des « charges capillaires » s'auto-assemblent à la surface des liquides

Lorsqu'un liquide entre en contact avec un solide, la surface du liquide se déforme à cause des forces entre les différentes molécules impliquées. Ces forces dites capillaires peuvent soulever le liquide à l'interface ou le déprimer. Cela dépend beaucoup des forces intramoléculaires impliquées, mais la forme du solide joue également un rôle.

Ces forces conduisent à des phénomènes importants et familiers. Le processus de mèche en est un, où un liquide est aspiré dans un tube étroit contre la gravité. C'est l'un des principaux processus par lesquels les arbres et les plantes tirent l'eau du sol.

Mais il existe aussi des applications moins connues. Une idée est d'utiliser les forces capillaires pour que les particules flottantes s'auto-assemblent en des formes plus grandes et plus complexes.

Aujourd'hui, Nicolas Vandewalle et des amis de l'Université de Liège en Belgique ont développé une toute nouvelle façon de manipuler les forces capillaires pour des structures auto-assemblantes. L'astuce que ces gars-là ont perfectionnée est de créer des forces à la fois attractives et répulsives en contrôlant soigneusement la forme des particules qu'ils veulent assembler. Notre méthode est basée sur la création de multipôles capillaires induisant des forces attractives ou répulsives, disent-ils.

Une façon de créer à la fois des forces attractives et répulsives consiste à recouvrir les blocs de construction de revêtements hydrophobes ou hydrophiles. Cela crée différentes « charges » capillaires. Et puisque des charges opposées s'attirent tandis que des charges similaires se repoussent, cela peut être exploité lors de l'auto-assemblage.

Mais c'est une entreprise qui prend du temps, en particulier lorsque différentes parties d'un même bloc de construction doivent être attrayantes et repoussantes et nécessitent des revêtements différents.

Beaucoup plus simple serait un moyen de fabriquer les blocs de construction en une seule étape avec les charges capillaires requises. Et c'est exactement ce que Vandewalle et co ont fait.

Ces gars-là montrent comment la flexion des blocs de construction, de sorte qu'ils ne soient plus plats par rapport à la surface du liquide, peut induire différentes charges capillaires.

Et ils ont utilisé une imprimante 3D pour fabriquer des blocs de construction de quelques millimètres dans les formes nécessaires pour créer des multipôles capillaires. Ils ont ensuite observé comment ils s'assemblent lorsqu'ils flottent sur l'eau.

La technique est simple. Après avoir conçu et imprimé les blocs de construction, ils les placent sur un treillis métallique, disposé au hasard, puis l'abaissent lentement dans un réservoir d'eau. Ils observent ensuite les blocs de construction alors qu'ils flottent à la surface et fusionnent.

Les résultats sont intéressants. Ils montrent clairement comment les blocs de construction spécialement conçus s'assemblent en formes à grande échelle qui préservent la symétrie des blocs de construction individuels. En effet, dans un exemple, 35 blocs de construction s'assemblent en un pentagone parfait. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives en auto-assemblage, disent Vandewalle and co.

Et ils disent que combiner la technique avec des aimants pourrait permettre l'auto-assemblage de formes 3D.

C'est une avancée potentiellement importante pour l'assemblage mésoscopique. Et les blocs de construction peuvent être considérablement plus petits, car les forces capillaires agissent à des échelles allant jusqu'au micromètre.

Vandewalle et co ne discutent pas de la façon dont ils ont l'intention d'utiliser cette nouvelle technique, ce qui donne aux lecteurs de Technology Review l'excuse parfaite pour intervenir avec leurs propres idées. Suggestions dans la section commentaires ci-dessous, s'il vous plaît.

Réf : arxiv.org/abs/1310.4847 : Personnalisation de l'auto-assemblage à mésoéchelle avec l'impression 3D

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