Surface instabilities and wave propagation in predictive 3D patterning in soft matter

Sala 1.3.14, FCUL, Lisboa

João Cabral
Imperial College London, UK

 

Patterning of soft matter provides exceptional routes for the generation of micro/nanostructured and functional surfaces. We describe the propagation of planar wavefronts of network formation emanating from an illuminated surface during photopolymerisation and report a 3D patterning approach based on coupling planar growth with precisely controlled, yet spontaneous, interfacial instabilities. Photopolymerisation is a complex spatio-temporal process that may lead to well-defined fronts, both stable and unstable. We investigate this light-driven frontal photopolymerisation (FPP) process with a combination of experiments, analytical and numerical modelling. Frontal growth of a series of multifunctional polymers is quantified and described with a ‘minimal’ coarse-grained model, in terms an order parameter Φ(x,t) characterising the extent of monomer-to-polymer conversion. The non-trivial aspects of FPP derive from the coupling of optical attenuation coefficient μ(x,t) and the growing non-uniform network h(x,t). The effect of temperature and nanoparticle fillers (silica, titania, and carbon nanotubes) is elucidated and agrees remarkably with model predictions. Using these results, FPP is demonstrated as a photolithographic3D fabrication process.

References:
[1] A. Vitale, M.G. Hennessy, O.K. Matar, and J. T. Cabral, “A unified approach for patterning via frontal photopolymerization”, Adv. Mater. 27, 6118–6124 (2015)
[2] M.G. Hennessy, A. Vitale, J. T. Cabral and O.K. Matar, "Role of heat generation during frontal photopolymerization" Phys. Rev. E 92, 022403 (2015)
[3] M.G. Hennessy, A. Vitale, O.K. Matar, and J. T. Cabral, "Controlling frontal photopolymerization with optical attenuation and mass diffusion" Phys. Rev. E 91, 062402 (2015)
[4] A. Vitale, M.G. Hennessy, O.K. Matar, and J. T. Cabral, "Interfacial profile and propagation of frontal photopolymerization waves" Macromolecules 48, 198-205 (2015)
[5] M. Mania, O. K. Matar, and J. T. Cabral, "Frontal vitrification of PDMS using air plasma and consequences for surface wrinkling", Soft Matter 11, 3067-3075 (2015)

11h15
CFTC - Centro de Física Teórica e Computacional
Grupo de estudantes

O evento propõe um debate aberto sobre a linguagem inclusiva, reconhecendo-a como uma dimensão essencial da equidade e da participação plena de toda a comunidade académica.

Logótipo e datas da Lisboa Games Week 2025

CIÊNCIAS vai estar presente na Lisboa Games Week, o maior evento de videojogos e entretenimento em Portugal! O nosso Departamento de Informática irá promover várias atividades permanentes, durante os quatro dias do evento.

Dois participantes em anterior edição da Feira da Matemática

A Feira da Matemática regressa ao MUHNAC e conta, um vez mais, com a participação de vários docentes de CIÊNCIAS!

MISSÃO RAMbo: um percurso em caminhada de sensibilização para a Resistência aos Antimicrobianos (RAM), que decorrerá no Anfiteatro Keil do Amaral, com um percurso de 5,4 km e com possibilidade de trazer o seu melhor amigo (um cão por pessoa).

Pessoa a observar as estrelas

Conheça os aventureiros que expandem os limites da descoberta em todo o mundo.

Seminário de Lógica Matemática, por Stephen Mackereth (Dartmouth College, Society of Fellows and Department of Philosophy).

Logótipo da Semana da Ciência e da Tecnologia 2025

Na Semana da Ciência e da Tecnologia, entre 24 e 30 de novembro 2025, a ciência será novamente a grande protagonista.

Título "Turin Staff Week 2025", sobre fotografia da cidade de Turim

Uma oportunidade única para desenvolver competências, criar redes internacionais e conhecer de perto uma das instituições parceiras da aliança Unite! - inscrições até 21 de setembro.

Título do programa, fotografia de túnel e logótipo da Rede Alumni CIÊNCIAS

As candidaturas estão abertas de 24 de novembro de 2025 a 8 de janeiro de 2026.

Seminário do Centro de Física Teórica e Computacional, por Caren Norden (Gulbenkian Institute for Molecular Medicine, Oeiras, Portugal).

Vista aérea de povoação

A conferência é subordinada ao tema “People and Planet: How the Environment Shapes Human Health”.

Workshop no âmbito do Programa de Saúde e Bem-Estar da ULisboa.

Quatro investigadores num laboratório

O curso visa capacitar investigadores, docentes e técnicos para integrar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais académicos - candidaturas até 22 de novembro.

Grupo de estudantes

27 de novembro: A Cerimónia contará com a intervenção do Secretário de Estado Adjunto e do Trabalho, Adriano Rafael Moreira.

Três investigadores num laboratório

O curso visa capacitar profissionais para aplicar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais industriais, promovendo práticas sustentáveis e eficientes - candidaturas até 22 de novembro.

O evento tem como objetivo aproximar a ciência da sociedade, promovendo o diálogo aberto e a reflexão conjunta sobre temas ligados à mente, cérebro e cognição.

Título "Gostarias de realizar uma mobilidade Erasmus+?" e fotografia de estudante

Candidaturas de 01 a 31 de dezembro - as sessões informativas têm início a 19 de novembro.

Cesto com legumes

O curso tem como principal objetivo capacitar para a implementação e gestão sustentável de espaços de cultivo nas cidades, promovendo a segurança alimentar e a autonomia na produção de alimentos - candidaturas até 02 de novembro.

Logótipo C-Academy

O curso proporciona uma visão aprofundada das tecnologias que suportam o desenvolvimento e integração de aplicações web - candidaturas até 10 de novembro.

Logótipo C-Academy

O curso fornece uma compreensão abrangente dos princípios e práticas fundamentais da cibersegurança e da privacidade, com aplicação tanto em contextos genéricos como em sistemas críticos - candidaturas até 07 de novembro.

Natal 2025

Uma oportunidade única de estudantes e professores do ensino secundário dialogarem diretamente com especialistas de várias áreas científicas.

Vida marinha

O Projeto ULISSES está de volta para a 6.ª edição! As candidaturas decorrem até 15 de dezembro.

Computador portátil a projetar imagem de sequência biológica

O curso visa a aquisição de conhecimentos sobre as ferramentas bioinformáticas disponíveis para efetuar análises de sequências de DNA e proteínas, bem como a autonomia e espírito crítico na utilização dessas ferramentas. Procura igualmente desenvolver competências na utilização de software de bioinformática disponível gratuitamente na Internet e na interpretação do significado biológico dos resultados - candidaturas até 12 dezembro.

Representação de pessoa a interagir com tecnologia

O curso introduz o conceito de Digital Twins e a sua aplicação estratégica no contexto do serviço público, com foco na modernização digital, otimização de processos e apoio à decisão - candidaturas até 11 de janeiro.

Bola de cristal colocada no solo

O curso tem como objetivo apresentar aos participantes um estado da arte atualizado sobre a diversidade da biota do solo e os papéis funcionais desempenhados pelos organismos do solo nos principais processos ecológicos - candidaturas até 19 de dezembro.

Páginas