Influence of nanoscale surface topography and self-assembled monolayers on Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek theory interactions in aqueous media
DLVO-oppervlaktekrachten in vloeibare omgevingen
Oppervlaktekrachten spelen een cruciale rol in veel technologische en wetenschappelijke systemen, zoals colloïden, cellen, dispersies, micro- en nanofluidica en coatings. In vloeistoffen worden interacties tussen oppervlakken voornamelijk bepaald door elektrostatische dubbellaagkrachten en van der Waals–Casimirkrachten, gezamenlijk bekend als DLVO-krachten. De wisselwerking tussen deze krachten en chemisch specifieke interacties bepaalt processen zoals adhesie, zelfassemblage, dispersie en agglomeratie. Voor gerichte zelfassemblage is het daarom essentieel om de krachten tussen nanoschaalobjecten te meten, te kwantificeren en te begrijpen.
Hoewel veel studies zich richten op interacties tussen homogene oppervlakken (bijvoorbeeld volledig hydrofiel of hydrofoob), zijn de meeste realistische oppervlakken heterogeen en bevatten zij gebieden met verschillende bevochtigingseigenschappen. Interacties tussen dergelijke oppervlakken zijn nog niet volledig begrepen. Het onderzoek van Razieh Bakhshandehseraji had als doel inzicht te verkrijgen in en controle te ontwikkelen over DLVO-oppervlaktekrachten in vloeibare omgevingen. Hierbij maakte Bakhshandehseraji gebruik van van chemische modificatie van oppervlakken via zelfgeassembleerde monolagen (SAMs) en onderzocht ze de rol van nanoschaal-ruwheid, optische eigenschappen en bevochtigingstoestand.
Met behulp van Atomic Force Microscopy (AFM) in een bol-plaat-geometrie onderzocht Bakhshandehseraji systematisch hoe nanometerschaal-ruwheid interactiekrachten tussen goudgecoate oppervlakken beïnvloedt in lucht, demiwater en organische vloeistoffen. De resultaten tonen aan dat ruwheid niet alleen een geometrisch kenmerk is, maar ook capillaire, Casimir- en elektrostatische krachten actief kan versterken of verzwakken. Daarnaast blijkt dat chemische functionaliteit via SAMs de eigenschappen van de elektrische dubbellaag en de effectieve oppervlaktepotentialen aanzienlijk kan veranderen.
Het proefschrift van Bakhshandehseraji laat zien dat de combinatie van oppervlaktemorfologie en chemische modificatie een krachtig middel vormt om nanoschaalinteracties te moduleren. De verkregen inzichten zijn relevant voor toepassingen in colloïdstabilisatie, biosensoren, nanomechanische systemen en toekomstige nanotechnologische en energiegerelateerde apparaten.
Razieh Bakhshandehseraji voerde haar onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Nanostructured Materials and Interfaces, met financiering van NWO.