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化院高分子系印杰-姜學松課題組在構建圖案化高分子表面取得新進展

近日,材料領域知名期刊《Advanced Materials》在線發表了上海交通大學化學化院印杰-姜學松課題組在聚合物表面微納米圖案方面的最新研究進展“Hierarchical 3D patterns with dynamic wrinkles produced by a photocontrolled Diels–Alder reaction on the surface”。化學化工學院博士研究生李甜甜同學是該論文的第一作者,姜學松研究員是該工作的通訊作者。

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表面褶皺是自然界生物體以及軟材料表面常見的圖案,是由應力失穩造成的。與各種制備微納米圖案的方法如光刻、納米壓印和電子束刻蝕等技術相比,通過褶皺(wrinkling)在材料表面構造微納米圖案具有十分簡單、快捷和低成本等特點,并在材料物性表征、微納制造、智能表面和柔性器件構筑等方面顯示了其獨特的應用優勢。然而自發形成的褶皺本身通常是無序的,褶皺形貌的無序性限制了褶皺作為圖案化技術的發展,如何制備有序的取向褶皺并對其進行動態調控是該領域的難點。

在基于對動態表面褶皺圖案的研究基礎上,以可逆交聯聚合物網絡和彈性體聚二甲基硅氧烷PDMS構建硬膜軟基體系,課題組提出了通過利用馬來酰亞胺的光二聚空間調控D-A反應的策略,制備出動態的3D正交取向褶皺圖案。馬來酰亞胺的光二聚不僅能夠實現空間調控D-A反應,同時導致了反應誘導表面擴散形成光柵圖案,進一步通過溫度控制可逆D-A反應來調控表層的模量,從而使表面褶皺圖案具有取向、3D、可程序化動態調控等特征。為了深入研究正交取向褶皺的形成機制,課題組與上海交大機動學院張文明教授團隊合作,利用有限元分析的方法對薄膜進行了應力變化的理論計算與模擬,揭示了表面模量的二維分布和應力釋放的方向是實現有序取向褶皺的關鍵。該方法得到的動態3D正交取向褶皺圖案不僅加深對表面褶皺形成的認識,還為制備表面動態微納結構提供了新途徑,在可控表面粘附、浸潤性和光學等方面具有一定的應用前景。

該研究得到了上海市基礎研究重大項目和國家自然科學基金的資助。課題組感謝上海交大機動學院胡開明博士和張文明教授在有限元力學計算與模擬方面的工作。

全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906712

姜學松團隊
化學化工學院
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