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光调控表面褶皱,形成可编程的二维图案 | NSR

已有 859 次阅读 2020-7-15 16:18 |个人分类:国家科学评论|系统分类:论文交流

从人的指纹,到干枯的苹果皮,褶皱结构无处不在。在材料科学中,自发形成的随机、无序表面褶皱常常被认为是有害的、需要避免的。但是,人工引入的有序褶皱却可以在材料物性表征、微纳制造、智能表面、柔性器件构筑等领域发挥功能。

此前,科研工作者已经可以通过各种方法,在局部范围内很好地实现褶皱在一维方向的有序化,却始终难以在平面二维方向精确调控褶皱的取向和位置。

最近,上海交通大学化学化工学院姜学松课题组和机械与动力工程学院张文明课题组合作,提出了通过程序化曝光,来调控表面褶皱结构的新策略。该策略可以调控二维平面上褶皱的各种参数,包括波长、振幅、方向和位置。

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程序化曝光调控表面褶皱结构的策略(上)及效果(下)


研究者以可逆二聚交联的聚合物网络与弹性体聚二甲基硅氧烷构建了双层褶皱体系。该体系中,上层材料可以在紫外光照射下发生可逆的二聚化,从而产生褶皱。调控两次连续曝光的时间、夹角、热处理温度,即可实现对体系表面应力的精确调控与二次重构,对褶皱结构任意按需调节。

利用该策略,可以制备各种复杂的动态光栅结构,并能使各类功能层材料的结构有序化。这种功能化的褶皱平台可用于柔性电子、微加工、传感和微/纳米通道等。


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通过程序化曝光策略制备的表面褶皱图案,可用作动态光栅等


更进一步,研究人员提出了具有双向泊松效应的剪力滞后模型,以揭示褶皱调控的力学机理。

该项研究成果以“Regulating surface wrinkles using light”为题发表在National Science Review(《国家科学评论》),博士研究生周良围和博士后胡开明为共同第一作者。该研究得到了上海市基础研究重大项目和国家自然科学基金的资助。

论文链接https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa052


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