杭电余森江、李领伟课题组ACS AMI：模板法制备柔性可调表面功能有序褶皱阵列

点击上方“蓝字” 一键订阅

复杂的表面微结构广泛存在于活的生物体中，比如壁虎脚趾、鲨鱼皮肤、昆虫翅膀、植物叶子和花瓣等。这些微结构往往赋予生物组织独特的物理化学功能，包括可调的黏附、减阻、结构色、超疏水和超润滑性等。受此启发，具有仿生功能的人工微结构的制备与研究近期受到了人们的极大关注。与传统的光刻基技术相比，由应力驱动的表面自组装技术具有大尺度、高产量和低成本的显著优势。在硬质薄膜-弹性基底体系中，通过施加压缩应力，薄膜表面将自发产生大面积的周期性褶皱结构。均质的薄膜-基底体系通常形成均匀的褶皱结构，其在很多情况下未能达到优异的仿生功能，因而可控制备复杂的、非均匀的、多层次的表面微结构成为目前该领域的研究热点。研究人员通常采用多步光刻、多步应力自组装或两者的结合来制备复杂的多层次表面结构，但多步的方案也带来了操作流程复杂和实验成本增加等问题。采用简便的方法可控制备有序褶皱阵列仍然是该领域迫切需要解决的一个技术难点。

近期，杭州电子科技大学余森江、李领伟课题组基于前期对薄膜-基底体系表面微结构的研究（Mater. Design 2020, 193: 108857; Adv. Mater. Interfaces 2020, 1902188; Phys. Rev. E 2020, 102: 022801; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14: 4750–4758），巧妙地利用平板铜网掩模，在柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上自发形成金属薄膜的可控褶皱阵列。在薄膜沉积过程中，将铜网悬空放置在PDMS的上方，部分金属原子将通过碰撞沉积到铜网覆盖的PDMS表面，从而形成厚度呈周期性分布的梯度薄膜（图1）。膜厚的梯度调控了薄膜内部的应力分布，使褶皱局限在膜厚较小的区域，从而产生与铜网模板一致的褶皱阵列。褶皱形态可通过沉积时间、铜网周期、模板形状和悬空高度进行有效调控。可控褶皱阵列具有优异的表面功能，比如表面粗糙度和摩擦性能可变化一个数量级以上（图2）。该工作有助于加深对模板调制的厚度梯度薄膜中非均匀褶皱现象的理解，同时可通过独立调控薄膜沉积条件和模板参数制备各类有序的褶皱阵列，有望在柔性电子、光学、传感、催化、浸润、黏附、微流控、仿生等领域获得应用。

图1 样品制备示意图。(a) PDMS的旋涂和固化，(b) 铜网掩模，(c) 薄膜沉积，(d) 一维铜网照片，(e) 二维铜网照片。

图2 表面形貌与摩擦性能。(a) AFM表面形貌，(b) LFM表面摩擦，(c) 表面粗糙度的变化，(d) 摩擦性能的变化。

该工作以“Tailoring Ordered Wrinkle Arrays for Tunable Surface Performances by Template-Modulated Gradient Films”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。论文的第一作者为杭州电子科技大学余森江副教授，通讯作者为杭州电子科技大学李领伟教授。课题组郭永杰硕士生、李会华硕士生、卢晨曦博士以及中国计量大学周红实验员为论文共同作者。该研究得到国家自然科学基金，浙江省万人计划和浙江省属高校基本科研项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c00926

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多