“任性”的仿生水汽响应褶皱结构研究进展

2017-07-11 16:27:58 防雾剂,织物疏水疏油整理剂 阅读

疏水

褶皱作为一种先进而特殊的图案化技术,已经得到了广大研究人员的重视,它可以通过紧密相连的弹性基底和硬质薄膜体系产生。褶皱具有和平滑表面不同的光学性能,并可以通过光,热,湿气等方式刺激产生,故此类动态响应的图案模式今后可能被应用于传感,微流控和信息加密等领域。受到手指在水中浸泡后会产生褶皱这一日常现象的启发,康涅狄格大学(University of Connecticut)孙陆逸教授和其博士曾蒿山带领的研究团队设计了三种能对水汽相应的褶皱结构。这三种结构都是由硬质亲水的聚乙烯醇(PVA)薄膜和柔软疏水的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底两层透明体系形成的。由于亲水的PVA在遇水后会溶胀但疏水的PDMS不会,这导致了PDMS对PVA产生了压缩力,当压缩力超过一定阈值后,就会产生微米级的褶皱。因为这种微米级的褶皱有很强的光折射和漫反射作用,这一表面特征使其看起来更不透光且不反光。作者通过调节PVA的膜厚,PVA交联程度/梯度,以及PDMS的模量,形成了三种不同的褶皱响应模式。

 

第一种为“重复可逆”褶皱:PVA膜为均匀交联,在水汽下能保持力学和结构稳定,故其产生的褶皱结构在水汽下也很稳定,并可反复出现 ;第二种为“一次性”褶皱:因为PVA膜为未交联,吸收水汽后模量会迅速降低,故此类褶皱只能出现一段时间而后消失。此外,PVA的结构在吸水过程中发生较大的改变和松弛,干燥后PVA吸水性会降低,无法达到产生褶皱的要求,故此该褶皱结构只会在第一次吸水时产生;第三种为“永久”型褶皱:此体系PVA膜厚度较高,并具有交联梯度,干燥时,褶皱恢复成平面的时间比干燥时间要长许多,因此无法在干燥前回复到平面(干燥后就结构固定,无法继续回复了),因而使得褶皱的结构能稳定存在,并永久不消失。

 

这三种不同褶皱结构可以运用在防伪标记,电路板/食品包装/汽车防水贴纸,信息加密,光学漫射器以及手机防反光膜等等,甚至为以后如何调控和改变皮肤皱纹提供了思路。相关论文在线发表在Advanced Material 上。



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