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    張文明教授團隊在Advanced Functional Materials發表多尺度共形褶皺功能表面研究成果
    發布時間:2020-07-24

    近日中国足球彩票_足彩胜负14场,我院張文明教授團隊在Advanced Functional Materials上發表了題為“Delamination-free functional graphene surface by multi-scale, conformal wrinkling”的研究論文,提出了一種單層石墨烯后固化轉移方法中国足球彩票_足彩胜负14场,構筑了無分層式多尺度石墨烯共形褶皺功能表面中国足球彩票_足彩胜负14场,闡明了高溫后固化工藝引入梯度界面層的化學成因,揭示了界面黏合強度增強效應的力學機理,有效地解決了多層硬膜-軟基系統中的分層失效難題。學院博士后胡開明和中國科學院上海微系統與信息技術研究所碩士生劉運啟為該文共同第一作者,張文明教授中国足球彩票_足彩胜负14场中国足球彩票_足彩胜负14场、化學與化工學院姜學松研究員中国足球彩票_足彩胜负14场、中國科學院上海微系統與信息技術研究所狄增峰研究員為共同通訊作者。

     

    屈曲分層行為

     

    褶皺-分層轉換行為

     

    無分層褶皺后屈曲行為

     

    褶皺結構在自然界與人造系統中廣泛存在,如人體皮膚褶皺、氣道黏膜、手指指紋、干枯水果表皮、地質巖層與褶皺連衣裙等中国足球彩票_足彩胜负14场中国足球彩票_足彩胜负14场。共形褶皺結構是在傳統硬膜-軟基系統中引入一層可控表皮層,通過調節表皮層的厚度中国足球彩票_足彩胜负14场、楊氏模量等物理參數可精準地控制硬膜層褶皺特性中国足球彩票_足彩胜负14场,進而可極大改善微納米器件表面的表面浸潤性、光學中国足球彩票_足彩胜负14场、力學、電學和化學活性等功能,對其在智能表面、微納制造中国足球彩票_足彩胜负14场中国足球彩票_足彩胜负14场、柔性器件構筑和材料物性表征等方面的應用至關重要。

     

    (a)可逆的多尺度石墨烯共形褶皺功能表面; (b) 三維形貌表征;(c-d) 多層系統中梯度界面層的化學成因

     

    高質量、大面積共形褶皺結構制造關鍵在于可控的層間應力失配和良好的共形接觸。然而,層間應力失配會誘發功能層-表皮層-軟基多層系統層間滑移和局部分層現象,極大地影響了層間共形接觸狀態,甚至直接導致微納米器件整體失效,嚴重制約了共形褶皺功能表面在器件性能調控方面的應用。張文明團隊聯合姜學松團隊和狄增峰團隊,針對石墨烯共形褶皺制造技中傳統濕法轉移工藝引入的分層失效難題,提出了一種顯著增強石墨烯/PMMA/PDMS層間界面黏合強度的后固化制備方法,有效地消除傳統工藝分層失效現象。上述后固化工藝可重復性和通用性強、穩定性好中国足球彩票_足彩胜负14场中国足球彩票_足彩胜负14场,可用于其他二維材料的應力工程領域。

     

    不同制造工藝下褶皺表面圖案對比研究:(a) 傳統濕法轉移中国足球彩票_足彩胜负14场;(b)傳統濕法轉移工藝,低溫多步平坦化工藝;(c) 后固化工藝中国足球彩票_足彩胜负14场。

     

    為了揭示后固化工藝顯著增強界面黏合強度的力學與化學機理,胡開明等人分別建立了屈曲分層行為、褶皺-分層轉換行為、無分層式后屈曲行為等表面失穩行為的內聚力模型,推導出不同表面失穩行為之間臨界應力和臨界界面黏合強度條件,闡明了后固化工藝增強界面黏合強度的力學機理;進一步對石墨烯/PMMA-PDMS界面進行了切面表征,發現了在PMMA與PDMS之間形成一層分子鏈不同程度交錯的梯度界面,其原因為高溫后固化工藝加速了高分子鏈的布朗運動,揭示了界面黏合強度的化學成因。此外中国足球彩票_足彩胜负14场,對比分析不同制造工藝的褶皺表面特征,并結合實驗現象和屈曲失穩力學理論模型,厘清了共形褶皺的多尺度性與梯度界面層形成的關聯關系。

     

    多尺度共形石墨烯褶皺結構的光衍射現象

     

    研究還觀測到多尺度共形石墨烯褶皺具有新奇的連續衍射現象,與傳統單一尺度褶皺結構的離散衍射現象存在著顯著的差異中国足球彩票_足彩胜负14场。通過引入光柵衍射理論揭示上述現象的物理機制,研究表明:共形褶皺的多尺度性引起了多角度、多級衍射光的疊加效應。上述石墨烯表面具有優異的光學衍射性能與表面浸潤性,在光編碼加密技術、光操縱、光學雙穩態器件和可調超疏水智能表面器件等應用方面有著巨大的應用價值。

     

    該研究得到了國家杰出青年科學基金項目、上海市優秀學術帶頭人計劃項目、國家自然科學基金和博士后創新人才計劃等項目的資助。

     

    附:Advanced Functional Materials期刊簡介 

     

    Advanced Functional Materials為工程技術領域的國際期刊,影響因子為16.836,主要報道材料科學、納米技術中国足球彩票_足彩胜负14场、應用物理、生物化學等領域的突破性的基礎性和應用性研究成果。

     

    論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202003273.

    供稿:振動中国足球彩票_足彩胜负14场、沖擊、噪聲研究所    
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