Bubble-Pen-Lithographie zum gerichteten hierarchischen Aufbau anisotroper Nanomaterialien

• Antragsteller: Eric Harris Hill, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447787198

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Hauptziel des Forschungsprojekts war es zu bestimmen, wie anisotrope anorganische Partikel in Dispersion an der Flüssigkeits-Dampf- Grenzfläche von Blasen, die während der Bubble-Pen Lithographie (BPL) gebildet werden, interagieren. Anisotrope Partikel (z. B. Stäbe, Platten, Scheiben, Leisten) bieten die Möglichkeit zu verstehen, wie die Oberflächenchemie die Wechselwirkungen der verschiedenen Facetten solcher Partikel untereinander und mit der Blasengrenzfläche sowie ihre Neigung zur Selbstorganisation an der Grenzfläche beeinflussen kann. Wenn man versteht, wie chemische Modifikationen dieser Oberflächen den Zusammenbau beeinflussen, könnte man die Ausrichtung der Partikel oder die hierarchische Natur der gebildeten Zusammenschlüsse steuern. Darüber hinaus kann dieser Ansatz eine direkt beschreibbare Plattform für den Zusammenbau funktioneller Nanomaterialien zu Geräten mit funktionellen Materialien bieten. Dieses Projekt führte nicht nur zum Erreichen angestrebten Ergebnisse, sondern auch zu mehreren unabhängigen Forschungsrichtungen, die durch die dabei gewonnenen Erkenntnisse inspiriert wurden. Der Blasendruck verschiedener Arten von anisotropen Nanopartikeln wurde erreicht und ermöglichte die Gestaltung von Oberflächen mit Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Photolumineszenz und optischer Doppelbrechung. Die unmittelbaren Ergebnisse dieser Arbeit erwiesen sich als wirksam für Anwendungen wie Elektronen-Elektronik, mechanische Belastungssensoren, Fluoreszenzsensoren und Substrate mit oberflächenverstärkter Raman-Streuung. Darüber hinaus führten die Bemühungen im Bereich der Vernetzung zur Entdeckung eines thermophoresegesteuerten Nanopartikel-Zusammensetzungsprozesses, der für die Strukturierung von Oberflächen mit Goldnanopartikeln verwendet werden kann. Schließlich führte die Funktionalisierung der in diesem Projekt verwendeten Nanomaterialien zur Synthese zahlreicher einzigartiger organischanorganischer Hybride mit einzigartigen photophysikalischen Eigenschaften und kolloidalem Verhalten, was zu mehreren Ergebnissen führte. Insgesamt stellen diese Ergebnisse grundlegende Erkenntnisse für den zukünftigen Erfolg der vorgeschlagenen Blasendruckmethode dar. Die aus dieser Studie resultierenden Erkenntnisse legten nicht nur den Grundstein für den Blasendruck von Nanomaterialien und Geräten auf festen Substraten, sondern führten auch zu neuen Erkenntnissen über thermophoresebedingte Transportphänomene, die zur Entwicklung eines neuartigen Ansatzes für die Mikrostrukturierung führten. Darüber hinaus wurde im Laufe des Projekts ein Verständnis des intermolekularen Energietransfers an anisotropen Nanomaterial-Grenzflächen gewonnen. Da gezielte Ansätze in der Nanopartikeltechnologie eine entscheidende Rolle spielen, glauben wir, dass unsere Ergebnisse für ein breites Spektrum von Forschern von Interesse sein könnten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Laser-Driven Bubble Printing of Plasmonic Nanoparticle Assemblies onto Nonplasmonic Substrates. The Journal of Physical Chemistry C, 126(17), 7622-7629.
  Hill, Eric H.; Goldmann, Claire; Hamon, Cyrille & Herber, Marcel
  
• 2D Nanomaterial-Directed Molecular Aggregation and Energy Transfer between Edge-Bound Donor–Acceptor Pairs. The Journal of Physical Chemistry C, 127(31), 15416-15422.
  Xiang, Hongxiao; Valandro, Silvano R. & Hill, Eric H.
  
• Bubble Printing of Layered Silicates: Surface Chemistry Effects and Picomolar Förster Resonance Energy Transfer Sensing. ACS Applied Materials & Interfaces, 15(47), 55022-55029.
  Herber, Marcel; Jiménez Amaya, Ana; Giese, Nicklas; Bangalore Rajeeva, Bharath; Zheng, Yuebing & Hill, Eric H.
  
• Bubble Printing of Ti3C2TX MXene for Patterning Conductive and Plasmonic Nanostructures. Nano Letters, 23(14), 6308-6314.
  Herber, Marcel; Lengle, Daniel; Valandro, Silvano R.; Wehrmeister, Moritz & Hill, Eric H.
  
• Investigating Solvent-Induced Aggregation in Edge-Functionalized Layered Silicates via All-Atom Molecular Dynamics Simulations. The Journal of Physical Chemistry B, 127(37), 8066-8073.
  Hill, Eric H.
  
• Layered silicate edge-linked perylene diimides: Synthesis, self-assembly and energy transfer. Journal of Colloid and Interface Science, 629, 300-306.
  Xiang, Hongxiao; Valandro, Silvano R. & Hill, Eric H.
  
• Cascade Förster resonance energy transfer between layered silicate edge-linked chromophores. Journal of Colloid and Interface Science, 676, 543-550.
  Xiang, Hongxiao & Hill, Eric H.
  
• Thermophoresis‐Induced Polymer‐Driven Destabilization of Gold Nanoparticles for Optically Directed Assembly at Interfaces. Small Methods, 9(3).
  Amaya, Ana Jiménez; Goldmann, Claire & Hill, Eric H.
  
• Co‐Solvent‐Aided Opto‐Thermophoretic Printing of Gold Nanorod Assemblies. Advanced Optical Materials, 13(34).
  Jiménez Amaya, Ana; Goldmann, Claire; Haidasch, Maike C.; Hamon, Cyrille & Hill, Eric H.
  
• Optically-Directed Bubble Printing of MXenes on Flexible Substrates toward MXene-Enabled Wearable Electronics and Strain Sensors. Nano Letters, 25(18), 7258-7265.
  Herber, Marcel & Hill, Eric H.