近日，材料領(lǐng)域知名期刊《Advanced Materials》在線發(fā)表了上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院印杰-姜學(xué)松課題組在聚合物表面微納米圖案方面的最新研究進(jìn)展“Hierarchical 3D patterns with dynamic wrinkles produced by a photocontrolled Diels–Alder reaction on the surface”。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士研究生李甜甜同學(xué)是該論文的第一作者，姜學(xué)松研究員是該工作的通訊作者。
表面褶皺是自然界生物體以及軟材料表面常見的圖案，是由應(yīng)力失穩(wěn)造成的。與各種制備微納米圖案的方法如光刻、納米壓印和電子束刻蝕等技術(shù)相比，通過褶皺（wrinkling）在材料表面構(gòu)造微納米圖案具有十分簡單、快捷和低成本等特點(diǎn)，并在材料物性表征、微納制造、智能表面和柔性器件構(gòu)筑等方面顯示了其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。然而自發(fā)形成的褶皺本身通常是無序的，褶皺形貌的無序性限制了褶皺作為圖案化技術(shù)的發(fā)展，如何制備有序的取向褶皺并對其進(jìn)行動態(tài)調(diào)控是該領(lǐng)域的難點(diǎn)。
在基于對動態(tài)表面褶皺圖案的研究基礎(chǔ)上，以可逆交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)和彈性體聚二甲基硅氧烷PDMS構(gòu)建硬膜軟基體系，課題組提出了通過利用馬來酰亞胺的光二聚空間調(diào)控D-A反應(yīng)的策略，制備出動態(tài)的3D正交取向褶皺圖案。馬來酰亞胺的光二聚不僅能夠?qū)崿F(xiàn)空間調(diào)控D-A反應(yīng)，同時導(dǎo)致了反應(yīng)誘導(dǎo)表面擴(kuò)散形成光柵圖案，進(jìn)一步通過溫度控制可逆D-A反應(yīng)來調(diào)控表層的模量，從而使表面褶皺圖案具有取向、3D、可程序化動態(tài)調(diào)控等特征。為了深入研究正交取向褶皺的形成機(jī)制，課題組與上海交大機(jī)動學(xué)院張文明教授團(tuán)隊(duì)合作，利用有限元分析的方法對薄膜進(jìn)行了應(yīng)力變化的理論計(jì)算與模擬，揭示了表面模量的二維分布和應(yīng)力釋放的方向是實(shí)現(xiàn)有序取向褶皺的關(guān)鍵。該方法得到的動態(tài)3D正交取向褶皺圖案不僅加深對表面褶皺形成的認(rèn)識，還為制備表面動態(tài)微納結(jié)構(gòu)提供了新途徑，在可控表面粘附、浸潤性和光學(xué)等方面具有一定的應(yīng)用前景。
該研究得到了上海市基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金的資助。同時感謝上海交大機(jī)動學(xué)院胡開明博士和張文明教授在有限元力學(xué)計(jì)算與模擬方面的工作。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906712
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