自然界生物進化出了各種迷人的表面褶皺結構，受這些特殊起皺模式啟發，研究人員制備出3D褶皺結構表面并應用于柔性電子器件、粘附力調控、執行器等領域。近日，中國科學技術大學工程科學學院微納米工程實驗室李家文副教授和吳東教授等人報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”發表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。
研究者首先通過飛秒激光在SMP薄膜表面進行環形掃描，在掃描區域內沉積一層具有厚度梯度的納米顆粒薄膜；隨后，為防止加熱過程成薄膜變形，將薄膜進行固定，加熱后出現“自生長”效應，環形掃描區域部分生長出微柱，同時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對薄膜厚度和褶皺結構特征的影響，揭示了3D多尺度褶皺成型機理。在此基礎上，實現了褶皺特征尺寸的精準調控。最后，利用可編程激光清潔技術制備了圖案化的微納米褶皺，實現了多尺度結構化表面對微液滴粘附力的調控，展示了在微液滴操控領域的廣泛應用前景。如圖2-4所示。
圖2 微納米褶皺的演化過程及形成機理.（a）持續加熱時，微柱邊緣及其頂部的表面褶皺演化過程。（b）微柱的直徑和高度隨加熱時間的變化關系曲線。（c）形成微納米褶皺的四個階段。（d）微納米褶皺的最大寬度和最小寬度與加熱時間定量 關系。
圖3 通過激光掃描次數來調控多尺度微納米褶皺形態。（a）不同掃描次數下，光學圖。（b）不同掃描次數下，三維光學輪廓圖。（c）不同激光掃描次數下，圓柱頂部薄膜的徑向厚度分布。（d）不同掃描次數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的關系。
圖4 通過改變激光掃描圓的直徑來調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。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c04049
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