近日，我院張文明教授團隊聯(lián)合化學(xué)化工學(xué)院姜學(xué)松教授團隊開展交叉學(xué)科研究，在National Science Review上發(fā)表了題為“Regulating surface wrinkles using light”的研究論文，構(gòu)建了二維褶皺形貌與表面應(yīng)力局部可控釋放之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，厘清了軟邊界和泊松效應(yīng)作用下薄膜模量增強效應(yīng)、應(yīng)力不對稱馳豫與正交釋放三者之間耦合競爭機制，闡明了多重曝光下表面褶皺形貌動態(tài)演化規(guī)律，提出了一種可編程式光控表面褶皺結(jié)構(gòu)的新策略。該策略可以調(diào)控二維平面上褶皺的波長、振幅等各種參數(shù)。化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生周良圍和機械與動力工程學(xué)院博士后胡開明為該文的共同第一作者，張文明教授和姜學(xué)松研究員為共同通訊作者。
(a) 程序化光控表面褶皺結(jié)構(gòu)的策略；(b) 多重曝光下褶皺形貌演化規(guī)律；(c-d) 二維有序褶皺形貌與表面薄膜應(yīng)力之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系
褶皺作為自然界和工程界中最普遍的表面結(jié)構(gòu)，人工引入的有序褶皺可以在材料物性表征、微納制造、智能表面、柔性器件構(gòu)筑等領(lǐng)域發(fā)揮作用。控制褶皺的表面不穩(wěn)定性，實現(xiàn)參數(shù)可控的有序褶皺具有重要的理論和應(yīng)用價值，同時也是褶皺領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。
周良圍等人以可逆二聚交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)與彈性體聚二甲基硅氧烷構(gòu)建了雙層褶皺體系。該體系中，上層材料可以在紫外光照射下發(fā)生可逆的二聚化，從而產(chǎn)生褶皺。調(diào)控兩次連續(xù)曝光的時間、夾角、熱處理溫度，即可實現(xiàn)對體系表面應(yīng)力的精確調(diào)控與二次重構(gòu)，對褶皺結(jié)構(gòu)任意按需調(diào)節(jié)。
連續(xù)曝光下褶皺精準(zhǔn)局部可控擦除和方向調(diào)節(jié)
為了揭示上述局部調(diào)控方法的力學(xué)成因，通過考慮雙向泊松效應(yīng)和軟邊界效應(yīng)，胡開明等人提出了一種二維應(yīng)力可控馳豫的修正剪力滯后模型，構(gòu)建了多重曝光下表面應(yīng)力局部馳豫與曝光特征之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，闡明了二重曝光區(qū)域褶皺先消失后觸發(fā)的演化規(guī)律，揭示了二維表面褶皺光學(xué)調(diào)控的力學(xué)機理：曝光構(gòu)筑物理邊界約束效應(yīng)誘導(dǎo)了薄膜表面在二維方向上不對稱馳豫，保證了二維表面褶皺的有序性；雙向泊松效應(yīng)會引起二重曝光區(qū)域應(yīng)力正交釋放，抑制了高楊氏模量的二重曝光區(qū)褶皺生成。研究表明：上述連續(xù)曝光策略的力學(xué)內(nèi)因為軟邊界導(dǎo)致的不對稱馳豫現(xiàn)象、雙向泊松效應(yīng)下應(yīng)力正交釋放和多重曝光的模量增強效應(yīng)三者復(fù)雜競爭的結(jié)果。
利用該策略，可以制備復(fù)雜的動態(tài)光柵結(jié)構(gòu)，并能使各類功能層材料的結(jié)構(gòu)有序化。這種功能化的可調(diào)褶皺模具平臺可用于快速、低成本地制備微納米周期性結(jié)構(gòu)，在柔性電子、微加工、傳感和微/納米通道等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
紅外驅(qū)動動態(tài)光柵和功能化褶皺模具
該研究得到了上海市基礎(chǔ)研究重大項目和博士后創(chuàng)新人才計劃等項目的資助。
附：National Science Review期刊簡介
《國家科學(xué)評論》（National Science Review，NSR，影響因子：16.693）由中國科學(xué)院主管，是我國第一份國家級英文版科技學(xué)術(shù)綜合性期刊，定位于報道國家重大研究計劃、重要科研項目、重點支持領(lǐng)域的研究進展，對科學(xué)前沿的進展進行總結(jié)和前瞻，旨在展示我國前沿研究和熱點研究的最新進展和代表性成果，引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展，促進學(xué)術(shù)交流。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa052
學(xué)院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號上海交通大學(xué)閔行校區(qū)機械與動力工程學(xué)院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn