自然界生物進(jìn)化出了各種迷人的表面褶皺結(jié)構(gòu)，受這些特殊起皺模式啟發(fā)，研究人員制備出3D褶皺結(jié)構(gòu)表面并應(yīng)用于柔性電子器件、粘附力調(diào)控、執(zhí)行器等領(lǐng)域。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室李家文副教授和吳東教授等人報(bào)道了一種在形狀記憶聚合物(SMP)表面快速制備出3D多尺度微納米褶皺策略。研究成果以題為“3D Multiscale Micro/Nano Folds by Femtosecond Laser IntermittentAblation and Constrained Heating on Shape Memory Polymer”發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。

　　研究者首先通過(guò)飛秒激光在SMP薄膜表面進(jìn)行環(huán)形掃描，在掃描區(qū)域內(nèi)沉積一層具有厚度梯度的納米顆粒薄膜；隨后，為防止加熱過(guò)程成薄膜變形，將薄膜進(jìn)行固定，加熱后出現(xiàn)“自生長(zhǎng)”效應(yīng)，環(huán)形掃描區(qū)域部分生長(zhǎng)出微柱，同時(shí)微柱頂面也形成微納米褶皺。圖1為微納米褶皺制備原理圖。

　　圖1 微納米褶皺制備原理圖。（a）微納米褶皺制備工藝流程；（b）加熱時(shí)間增加，微柱直徑逐漸減小，高度增加。

　　研究人員定量研究了多種激光加工參數(shù)對(duì)薄膜厚度和褶皺結(jié)構(gòu)特征的影響，揭示了3D多尺度褶皺成型機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了褶皺特征尺寸的精準(zhǔn)調(diào)控。最后，利用可編程激光清潔技術(shù)制備了圖案化的微納米褶皺，實(shí)現(xiàn)了多尺度結(jié)構(gòu)化表面對(duì)微液滴粘附力的調(diào)控，展示了在微液滴操控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。如圖2-4所示。

　　圖2 微納米褶皺的演化過(guò)程及形成機(jī)理.（a）持續(xù)加熱時(shí)，微柱邊緣及其頂部的表面褶皺演化過(guò)程。（b）微柱的直徑和高度隨加熱時(shí)間的變化關(guān)系曲線。（c）形成微納米褶皺的四個(gè)階段。（d）微納米褶皺的最大寬度和最小寬度與加熱時(shí)間定量 關(guān)系。

　　圖3 通過(guò)激光掃描次數(shù)來(lái)調(diào)控多尺度微納米褶皺形態(tài)。（a）不同掃描次數(shù)下，光學(xué)圖。（b）不同掃描次數(shù)下，三維光學(xué)輪廓圖。（c）不同激光掃描次數(shù)下，圓柱頂部薄膜的徑向厚度分布。（d）不同掃描次數(shù)下微納米褶皺的偽彩色SEM形貌圖。（e）褶皺最大厚度和最大寬度與激光掃描次數(shù)的關(guān)系。

　　圖4 通過(guò)改變激光掃描圓的直徑來(lái)調(diào)控多尺度的微納米褶皺.（a）三種不同激光掃描圓直徑下納米顆粒沉積示意圖。（b) 不同掃描直徑下，在徑向上GTF的厚度分布。（c）不同掃描直徑下，多尺度微納米褶皺形貌的偽彩色SEM圖。

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　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c04049