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高分子表面褶皱有序化动态调控取得新进展

2020-01-07


  近日,材料领域知名期刊《Advanced Materials》在线发表了上海交通大学化学化工学院印杰-姜学松课题组在聚合物表面微纳米图案方面的最新研究进展“Hierarchical 3D patterns with dynamic wrinkles produced by a photocontrolled Diels–Alder reaction on the surface”。化学化工学院博士研究生李甜甜同学是该论文的第一作者,姜学松研究员是该工作的通讯作者。



 
  表面褶皱是自然界生物体以及软材料表面常见的图案,是由应力失稳造成的。与各种制备微纳米图案的方法如光刻、纳米压印和电子束刻蚀等技术相比,通过褶皱(wrinkling)在材料表面构造微纳米图案具有十分简单、快捷和低成本等特点,并在材料物性表征、微纳制造、智能表面和柔性器件构筑等方面显示了其独特的应用优势。然而自发形成的褶皱本身通常是无序的,褶皱形貌的无序性限制了褶皱作为图案化技术的发展,如何制备有序的取向褶皱并对其进行动态调控是该领域的难点。
  在基于对动态表面褶皱图案的研究基础上,以可逆交联聚合物网络和弹性体聚二甲基硅氧烷PDMS构建硬膜软基体系,课题组提出了通过利用马来酰亚胺的光二聚空间调控D-A反应的策略,制备出动态的3D正交取向褶皱图案。马来酰亚胺的光二聚不仅能够实现空间调控D-A反应,同时导致了反应诱导表面扩散形成光栅图案,进一步通过温度控制可逆D-A反应来调控表层的模量,从而使表面褶皱图案具有取向、3D、可程序化动态调控等特征。为了深入研究正交取向褶皱的形成机制,课题组与上海交大机动学院张文明教授团队合作,利用有限元分析的方法对薄膜进行了应力变化的理论计算与模拟,揭示了表面模量的二维分布和应力释放的方向是实现有序取向褶皱的关键。该方法得到的动态3D正交取向褶皱图案不仅加深对表面褶皱形成的认识,还为制备表面动态微纳结构提供了新途径,在可控表面粘附、浸润性和光学等方面具有一定的应用前景。
  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。同时感谢上海交大机动学院胡开明博士和张文明教授在有限元力学计算与模拟方面的工作。


全文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906712 

                                               

 撰稿:姜学松团队





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