近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實驗室在飛秒激光誘導(dǎo)材料加工方面取得新突破：通過與新加坡國立大學(xué)合作，利用飛秒激光在形狀記憶聚合物表面制備可重構(gòu)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了新的“聚合物自生長”效應(yīng)，并利用該效應(yīng)制備了多樣化的可重構(gòu)功能微結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果以“Localized Self-Growth of Reconfigurable Architectures Induced by a Femtosecond Laser on a Shape-Memory Polymer”為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》上（Adv. Mater. 2018, 201803072）。
 

自然界很多生物結(jié)構(gòu)可以對外部激勵產(chǎn)生響應(yīng)，例如環(huán)境干燥時，由于雙層鱗片不同膨脹度，松果鱗片張開釋放種子；章魚在遇到天敵時，會在皮膚表面收縮產(chǎn)生乳突；向日葵在方向性光照下，莖稈不對稱地生長，使得向日葵具有向日性。由于在智能紡織品、致動器、軟機(jī)器人和藥物輸送等方面的應(yīng)用前景，基于自然生物體形狀變形啟發(fā)的人工材料幾十年來受到了廣泛研究。
 

本項工作介紹了在預(yù)拉伸形狀記憶聚合物表面通過飛秒激光掃描以實現(xiàn)微尺度、局部可重構(gòu)結(jié)構(gòu)的“自生長”方法。通過控制激光局部加熱和燒蝕，發(fā)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)可以從表面生長出來，并且采用非對稱激光掃描策略可以進(jìn)一步調(diào)控所得結(jié)構(gòu)。通過將靈活、可編程激光加工技術(shù)與智能形狀記憶聚合物相結(jié)合，展示了一種卓越的可重構(gòu)結(jié)構(gòu)制備范例。
 

圖1. (a)-(b) 熱縮聚苯乙烯薄膜的收縮特性。(c) 熱縮薄膜的UV-Vis光譜吸收特性。(d) 飛秒激光連續(xù)對稱掃描誘導(dǎo)微直柱生長。(e) 飛秒激光連續(xù)非對稱掃描誘導(dǎo)直柱彎曲。
 

該項工作還概念性展示了自生長可重構(gòu)結(jié)構(gòu)在信息加密/解密和微物體捕獲/釋放上的應(yīng)用。研究結(jié)果揭示了具有智能表面的結(jié)構(gòu)在各種跨學(xué)科領(lǐng)域的新型能力，包括防偽、微結(jié)構(gòu)印刷和超靈敏檢測等。
 

該研究工作由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程與材料科學(xué)實驗中心支持完成。論文第一作者為工程科學(xué)學(xué)院博士生張亞超，通訊作者為微納米工程實驗室胡衍雷副教授、吳東教授和新加坡國立大學(xué)仇成偉教授。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的資助。