Applied Physics Letters 机械约束表面失稳制备可图案化的微/纳米共存结构及伪装变色功能
- 发布时间：
- 2021-12-31
- 文章标题：
- Applied Physics Letters 机械约束表面失稳制备可图案化的微/纳米共存结构及伪装变色功能
- 内容：
微纳结构是一种重要功能表面，可实现对光、声、热、粘附等物理量进行调控。传统的制备工艺中为了实现微米和纳米结构在同一个表面的存在，往往需要多个工艺的组合，导致制备误差，影响微纳尺度下的精度。此外，现有的方法多适用于脆性/刚性材料，对于软材料基体的处理存在不足，因此在面向柔性感知、穿戴设备和软体机器人领域存在局限。
本研究提出了一种利用褶皱失稳制备微/纳共存结构的方法。褶皱失稳多发生于硬膜-软基的力学体系受到临界压缩载荷的情况，而施加表面约束后会限制平面应变的产生，进而抑制失稳。利用该原理，通过在制备过程中添加局部机械约束的方法，即可诱导失稳/不失稳的定位产生，获得对应的微米级褶皱/纳米级乳柱的共存结构。此外，通过增加拉伸-UVO处理的方法，可以再增加一级褶皱形貌，获得“一维波浪-二维微米褶皱-纳米乳柱”的三级复合结构，拓展表面功能。
研究了不同机械约束对失稳的影响特征，发现只有兼具高弹性拉伸模量和高弯曲刚度的约束层才能抑制失稳。探索了软基材料的成分比例与失稳形貌的规律，获得了动态拉伸下的光学性能的调控，形成了与微纳结构匹配的宽谱化学色与窄带谱结构色的共存现象。
设计了多种图案化约束，均可以在共存结构之间得到无过渡的直线/曲线/内凹-外凸边界。在力学拉伸下实现严格的四重变色响应：1.非透明化学色，2.透明化学色，3.蓝带结构色，4.红移结构色。为复杂伪装表面的应用提供了一种技术支撑。
上述研究工作近期发表于Applied Physics Letters，获得西安交通大学基本科研业务费学科交叉与合作项目的支持，并感谢生命学院李菲教授的合作讨论！
论文题目：Patterning coexisted micro/nano structures for consequential camouflage via mechanical constraint harnessed surface instability
在线链接：https://doi.org/10.1063/5.0079596