搜索：
近日，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院張文明教授團(tuán)隊(duì)與化學(xué)化工學(xué)院姜學(xué)松教授團(tuán)隊(duì)合作研究，在Science Bulletin上發(fā)表文章“Dynamic metal patterns of wrinkles based on photosensitive layers”，提出通過引入模量可控的光敏性聚合物作為中間層，實(shí)現(xiàn)了金屬微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)控新策略，發(fā)展了多層體系多模態(tài)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)力學(xué)模型，揭示了金屬/光敏中間層/基底三層體系的多失穩(wěn)模態(tài)躍遷機(jī)制，為發(fā)展了一種普適性的功能材料動(dòng)態(tài)微納結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)提供重要的理論支撐。胡開明副教授為共同第一作者，通訊作者為張文明教授和姜學(xué)松教授。
表面失穩(wěn)結(jié)構(gòu)廣泛存在于自然材料和生物體之中，賦予了材料或生物體獨(dú)特的性能，特別是具有刺激響應(yīng)性、可調(diào)節(jié)性的多尺度微納米表面失穩(wěn)結(jié)構(gòu)，能夠按需原位調(diào)控材料的性能，在自清潔、減阻、黏附、抗干擾、偽裝和組織工程等多個(gè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。基于物理應(yīng)變或動(dòng)態(tài)化學(xué)來調(diào)節(jié)模量從而調(diào)節(jié)表面失穩(wěn)結(jié)構(gòu)，可用于構(gòu)筑智能表界面材料，是當(dāng)前材料研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。
圖1. 基于光敏聚合物層的金屬失穩(wěn)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)控方法
在金屬材料表面構(gòu)筑微納米失穩(wěn)結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)對(duì)光學(xué)、電學(xué)、計(jì)量學(xué)、化學(xué)和材料力學(xué)等多學(xué)科需求，可用于傳感、可穿戴器件和超表面等。然而，由于金屬的模量往往較高且不可調(diào)，要想實(shí)現(xiàn)圖案化金屬表面的自發(fā)形成甚至是動(dòng)態(tài)調(diào)控，依舊面臨諸多困難，在一定程度上限制了其應(yīng)用場(chǎng)景。為此，張文明課題組和姜學(xué)松課題組合作，通過引入模量受控的光敏性中間層聚合物，實(shí)現(xiàn)了金屬材料微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)控新策略，發(fā)展了多層體系多模態(tài)失穩(wěn)力學(xué)模型，揭示了金屬-光敏中間層-基底三層體系的多失穩(wěn)模態(tài)躍遷機(jī)制，為發(fā)展了一種普適性的功能材料動(dòng)態(tài)微納結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)提供重要的理論支撐。
圖2. 三層體系多模態(tài)失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)演化示意圖
圖3. 三層體系多失穩(wěn)模態(tài)躍遷機(jī)制
研究發(fā)現(xiàn)多層體系在不同溫度的熱誘發(fā)應(yīng)變條件下，金屬失穩(wěn)結(jié)構(gòu)波長(zhǎng)明顯改變，表現(xiàn)出多模態(tài)失穩(wěn)。通過力學(xué)模擬和有限元分析，研究證實(shí)了三層體系中的聚合物的模量分布是影響金屬失穩(wěn)形貌的關(guān)鍵因素，并揭示了依賴應(yīng)變和模量比的表面失穩(wěn)相圖。基于理論模型，利用紫外光照射引發(fā)可逆的蒽二聚反應(yīng)，可對(duì)多模態(tài)金屬失穩(wěn)結(jié)構(gòu)任意按需調(diào)節(jié)。
圖4. 動(dòng)態(tài)金屬微納失穩(wěn)結(jié)構(gòu)應(yīng)用
動(dòng)態(tài)金屬失穩(wěn)憑借對(duì)光的反射方向的改變，可以用于制備智能“魔鏡”，實(shí)現(xiàn)智能展示和解決金屬光污染問題。這種普適性策略為今后調(diào)控功能性材料的微納結(jié)構(gòu)提供了重要的平臺(tái)，同時(shí)對(duì)于理解并利用多層體系結(jié)構(gòu)多模態(tài)表面失穩(wěn)現(xiàn)象大有裨益，可用于微加工、傳感和柔性器件等領(lǐng)域。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://www.sciengine.com/SB/doi/10.1016/j.scib.2022.10.016
上海交大
機(jī)械動(dòng)力學(xué)院
上海交大
機(jī)動(dòng)本科教務(wù)辦
SJTU機(jī)動(dòng)研教辦
上海交大
機(jī)動(dòng)校友辦
上海交大MEM
SJTUME基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)踐
SJTUME錘錘
上海交大
機(jī)動(dòng)研究生會(huì)
ME微紅旗
ME礪遠(yuǎn)學(xué)術(shù)
SJTUME職業(yè)發(fā)展中心
學(xué)院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號(hào)上海交通大學(xué)閔行校區(qū)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn