深圳先进院形状记忆微阵列研究获进展,理化所

日期:2019-06-22编辑作者:优德88手机版

近日,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室研究员王树涛团队提出了结合固液气三相接触线调控和电化学聚合,用于制备可控微米吸盘结构的图案化导电聚合物的普适方法。该研究成果以Controlled Growth of Patterned Conducting Polymer Microsuckers on Superhydrophobic Micropillar-Structured Templates 为题发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials 2018, 1800240, DOI:10.1002/adfm.201800240)。

近日,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室研究员王树涛团队提出了结合固液气三相接触线调控和电化学聚合,用于制备可控微米吸盘结构的图案化导电聚合物的普适方法。该研究成果以Controlled Growth of Patterned Conducting Polymer Microsuckers on Superhydrophobic Micropillar-Structured Templates为题发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials 2018,1800240,DOI:10.1002/adfm.201800240)。

近日,中国科学院深圳先进技术研究院副研究员杜学敏团队成功设计出形状记忆微阵列,并探索了该微阵列结构在液滴浸润特性调控与微结构可控复制方面的应用。该项研究成果以Tunable shape memory polymer mold for multiple microarray replications(《形状记忆高分子模板用于多种微结构可控复制》)为题发表在《材料化学A》(Journal of Materials Chemistry A,2018, DOI: 10.1039/C8TA04763D)上,论文第一作者为课题组研究助理王娟,通讯作者为杜学敏。

导电聚合物的形貌对其在信号检测、微型驱动器制备和液滴操纵等方面性能的提升有着重要影响。然而,以往的大多数方法因为其固有的弊端,存在不能精确调控形貌、生长位置以及牺牲模板等缺陷,难以满足实际的应用。因此,王树涛团队提出了一种通过调控固液气三相接触线和电化学聚合,用于制备可控微米吸盘结构的图案化导电聚合物的普适方法。通过调控铂片和微柱阵列模板之间的距离,微柱顶部聚吡咯吸盘的生长方向从朝上变到朝下,并且聚吡咯吸盘距离微柱顶部的距离也可以随着固液气三相接触线的调节发生改变。研究人员系统地研究了影响聚吡咯吸盘生长的因素,比如电聚合时间、电聚合电流的大小、微柱的形状和大小、导电聚合物的种类。受自然界生物通过毛细液桥作用的湿态粘附现象的启发,该研究制备得到的聚吡咯吸盘可以和液滴形成毛细液桥,并且通过调节聚吡咯吸盘的大小,可以改变对液滴的粘附力,用于液滴的有效转移。

导电聚合物的形貌对其在信号检测、微型驱动器制备和液滴操纵等方面性能的提升有着重要影响。然而,以往的大多数方法因为其固有的弊端,存在不能精确调控形貌、生长位置以及牺牲模板等缺陷,难以满足实际的应用。因此,王树涛团队提出了一种通过调控固液气三相接触线和电化学聚合,用于制备可控微米吸盘结构的图案化导电聚合物的普适方法。

近年来,微纳米阵列结构在抗冰、抗生物粘附及细胞操控等领域应用广泛。然而,传统的微阵列结构制备主要采用光刻技术,不仅制备成本高昂、工艺繁琐、耗时长久,而且所制备的微阵列结构在撤去外力后无法维持可控形变,极大限制了微阵列结构实际应用。为解决该问题,杜学敏团队在前期工作中通过仿生大自然中含羞草等植物可控形变特性(Advanced Materials, 2017, 29, 1702231;优德88手机版,Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120),结合形状记忆材料成功实现了材料宏观形变维持(Advanced Functional Materials, 2018, 1801027)。前期研究发现,通过调节形状记忆材料所在环境温度,可实现材料的可控拉伸形变,且在外力撤销后仍可维持良好宏观形变,该研究结果为解决上述问题提供了新策略,然而微观尺度的形变特性如何仍有待探索。

该论文通讯作者为王树涛和副研究员孟靖盺。

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在前期研究基础上,研究团队更进一步探索了形状记忆材料在微观尺度上的形状记忆特性。研究团队采用形状记忆材料制备形状记忆微阵列,发现仅需较小程度拉伸,即可实现该微阵列材料较大表面浸润特性改变,且在10次以上可控浸润特性循环改变后,微观结构的形状回复率仍高达91%。更重要的是,采用一个形状记忆微阵列结构作为模具,通过不同程度拉伸,可复制出一系列连续形变微阵列结构。相关成果不仅为液滴浸润特性调控提供了全新方案,而且也实现了多样化微结构阵列的批量、低成本可控复制,有望促进微阵列结构在抗生物粘附、液滴操控、智能干胶等方向的实际应用。

相关研究工作得到国家自然科学基金、国家“万人计划”青年拔尖人才和中科院青年创新促进会的大力支持。

该研究工作得到科技部重点研发专项(2017YFA0701303)、广东省引进创新创业团队、广东省特支计划(2015TQ01R292)、粤港科技合作资助计划(2017A050506040)、深圳市孔雀团队以及深圳市基础研究(JCYJ20170307164610282)等的资助。

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图1. 结合气液固三相线调节和电化学聚合,在超疏水硅片阵列上沉积具有可控生长方向的聚吡咯吸盘。

图1. 形状记忆微柱阵列结构在拉伸至20%,40%及60%后的形貌连续可控变化,及在外力撤销后形变维持;形状记忆微柱阵列可控拉伸形变后表面浸润特性改变及微结构形貌改变

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图2. 聚吡咯吸盘能够像机械吸盘手一样用于转移水滴。通过调节聚合时间,得到不同大小的聚吡咯吸盘,每个聚吡咯吸盘和水滴之间会形成毛细液桥,进而可以调控对水滴的粘附力,实现液滴的有效转移。

图2. 采用不同拉伸程度的形状记忆微柱阵列复制出来的系列连续形变的PDMS微阵列

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