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激光诱导路径制备褶皱新方法

导读: 褶皱是一种广泛存在的自然现象,从山川地貌到动植物的皮肤无处不在。

  褶皱是一种广泛存在的自然现象,从山川地貌到动植物的皮肤无处不在。自发褶皱具有从微米到千米的周期,这种本征周期是由产生褶皱的材料和构成体系所决定的,通常情况下呈现无序状态。褶皱很早就已被人类所认识,但研究工作一直集中在负面效应方面,如褶皱的出现预示着工部件的疲劳和断裂,人类皮肤皱纹的出现意味着衰老的开始等。近年来,人们已经意识到褶皱在柔性电子学、表面光学元件、表面吸波或反射结构、传热结构、薄膜力学测量等方面有着巨大的潜在用途。然而,自发褶皱的无序性严重限制了其实际应用。1998年Bowden 等在Nature上报道了通过预制微结构的方式获得了具有一定有序性的人造褶皱的研究结果。此后,很多方法被研究和建议,但时至今日尚无一种方法能够制备出完美的人造褶皱。换句话说,褶皱的可控、可设计、无缺陷、周期和振幅可调和高深宽比是摆在褶皱应用面前的几个巨大的障碍,一直未能逾越。尽管如此,褶皱作为一种易于大面积实现、低成本的表面微纳结构制备方法一直在吸引并激励着人们克服这些困难。

  国家纳米科学中心刘前研究组经多年研究探索,发展了一种激光诱导路径制备褶皱的新方式,成功地克服了上述困难,实现了可设计、无缺陷和高度有序的人造褶皱结构制备,同时实现了选区褶皱高度和周期可调、1:3的深宽比、可套刻等技术目标,使之成为一种新的表面微纳结构加工方法。一些可实用的褶皱器件、如费涅尔半波带透镜、表面光栅等也被展示。他们还首次提出了褶皱单元的新概念,建立了褶皱单元的叠加模型,并给出了褶皱的解析解。美国德克萨斯奥斯丁分校的合作者进一步从力学理论出发,进行了理论模拟,所获结果与实验吻合很好。这一重要进展为我们提供了一种新的加工手段,尤其适合表面波形结构的制备。这一成果已在Adv. Mater.上在线发表(DIO:10.1002/adma.201200540 )。

激光路径诱导的高度有序、无缺陷、可设计的表面褶皱结构

图为 激光路径诱导的高度有序、无缺陷、可设计的表面褶皱结构

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