自然界生物进化出了各种迷人的表面褶皱结构，受这些特殊起皱模式启发，研究人员制备出3D褶皱结构表面并应用于柔性电子器件、粘附力调控、执行器等领域。近日，中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室李家文副教授和吴东教授等人报道了一种在形状记忆聚合物(SMP)表面快速制备出3D多尺度微纳米褶皱策略。研究成果以题为“3D Multiscale Micro/Nano Folds by Femtosecond Laser IntermittentAblation and Constrained Heating on Shape Memory Polymer”发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。研究者首先通过飞秒激光在SMP薄膜表面进行环形扫描，在扫描区域内沉积一层具有厚度梯度的纳米颗粒薄膜；随后，为防止加热过程成薄膜变形，将薄膜进行固定，加热后出现“自生长”效应，环形扫描区域部分生长出微柱，同时微柱顶面也形成微纳米褶皱。图1为微纳米褶皱制备原理图。
图1微纳米褶皱制备原理图。（a）微纳米褶皱制备工艺流程；（b）加热时间增加，微柱直径逐渐减小，高度增加。
研究人员定量研究了多种激光加工参数对薄膜厚度和褶皱结构特征的影响，揭示了3D多尺度褶皱成型机理。在此基础上，实现了褶皱特征尺寸的精准调控。最后，利用可编程激光清洁技术制备了图案化的微纳米褶皱，实现了多尺度结构化表面对微液滴粘附力的调控，展示了在微液滴操控领域的广泛应用前景。如图2-4所示。
图2 微纳米褶皱的演化过程及形成机理.（a）持续加热时，微柱边缘及其顶部的表面褶皱演化过程。（b）微柱的直径和高度随加热时间的变化关系曲线。（c）形成微纳米褶皱的四个阶段。（d）微纳米褶皱的最大宽度和最小宽度与加热时间定量关系。
图3通过激光扫描次数来调控多尺度微纳米褶皱形态。（a）不同扫描次数下，光学图。（b）不同扫描次数下，三维光学轮廓图。（c）不同激光扫描次数下，圆柱顶部薄膜的径向厚度分布。（d）不同扫描次数下微纳米褶皱的伪彩色SEM形貌图。（e）褶皱最大厚度和最大宽度与激光扫描次数的关系。
图4通过改变激光扫描圆的直径来调控多尺度的微纳米褶皱.（a）三种不同激光扫描圆直径下纳米颗粒沉积示意图。（b)不同扫描直径下，在径向上GTF的厚度分布。（c）不同扫描直径下，多尺度微纳米褶皱形貌的伪彩色SEM图。
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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