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超臨界流体によるポリマーコロイド結晶の機械的強化
Mechanical reinforcement of polymer colloidal crystals by supercritical fluids.
PMID: 32673855 DOI: 10.1016/j.jcis.2020.06.104.
抄録
自己組織化高分子ナノ粒子を用いて実現したコロイド結晶は、フォトニック結晶やフォノニック結晶、音響メタマテリアルからコーティング用途まで、様々な用途のプラットフォームとして大きな魅力を持っています。しかし、これらのシステムの脆弱性は、その応用範囲を制限している。本研究では、冷間はんだ付けによる3次元ポリスチレンコロイド結晶の均一な機械的強化と調整性について報告する。この構造強化は、ガラス転移温度以下の温度で高圧ガス(NまたはAr)による可塑化によって達成される。ブリルアン光散乱は、結晶の機械的振動をその場でモニターするために採用され、それによって、はんだ付けのための優先的な圧力,温度及び時間範囲を決定することができる。この低コストの方法は、フォトニクス、フォノニクス、音響メタマテリアル、オプトメカニクス、表面コーティングおよびナノリソグラフィーのアプリケーションを含む耐久性のあるデバイスの製造およびチューニングに潜在的に有用である。
Colloidal crystals realized by self-assembled polymer nanoparticles have prominent attraction as a platform for various applications from assembling photonic and phononic crystals, acoustic metamaterials to coating applications. However, the fragility of these systems limits their application horizon. In this work the uniform mechanical reinforcement and tunability of 3D polystyrene colloidal crystals by means of cold soldering are reported. This structural strengthening is achieved by high pressure gas (N or Ar) plasticization at temperatures well below the glass transition. Brillouin light scattering is employed to monitor in-situ the mechanical vibrations of the crystal and thereby determine preferential pressure, temperature and time ranges for soldering, i.e. formation of physical bonding among the nanoparticles while maintaining the shape and translational order. This low-cost method is potentially useful for fabrication and tuning of durable devices including applications in photonics, phononics, acoustic metamaterials, optomechanics, surface coatings and nanolithography.
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