华南师大响应型材料及其器件集成国际联合实验室团队AS:玩出花样!利用液晶聚合物一步构建三维世界
  • 时间:2021-03-09 15:05:00
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  • 作者:Dirmlab

在自然界中生物的表面形态是一种至关重要的生存策略。受到自然界启发,科学家们提出很多方法用于制备微纳尺度的三维表面形貌,但大多数都需要用到基于复杂、昂贵的光学装置的光刻技术。近几年,液晶聚合物由于其各项异性特性,受到许多研究者的关注,用于制备可动态切换形貌的智能表面。此前的工作多基于液晶聚合物网络体系,需要较高的交联密度,因而带来了一定限制,如形变量较低、制备特定表面形貌的流程比较复杂等。

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图1 实验材料、装置以及电场诱导产生的复杂表面形貌


在本工作中,华南师范大学响应型材料及其器件集成国际联合实验室团队提出了一种新型的微纳尺度表面形貌的制备方法,可通过基于数字掩膜的液晶光取向技术诱导分子自组装过程,进而制备特定的表面结构,直接将二维液晶指向矢排布转变为三维图案。本方法具有一系列的优点,不仅可制备高深宽比且具有复杂图案的表面形貌,而且制备过程不需要使用光刻技术。这项技术不仅可用于响应型智能表面的制备,也为信息的储存与释放提供了新的思路。

该项技术原理基于静电力作用与液晶聚合物的流动各项异性之间的耦合。在高强度(≥107  V∙m-1)的静电场作用下,液晶聚合物与空气界面处产生的静电力可以克服熔体的表面张力,使聚合物熔体固有的微观热扰动不断增大,直至沿着电场线方向开始流动,最终形成具有特定形状和几何尺度的表面结构。由于液晶聚合物具有流动各项异性,在近晶相的温度范围内,层间(沿指向矢方向)方向上的流动阻力远远大于层内方向,因此最后会形成非典型的条纹状表面形貌,条纹方向由液晶指向矢的初始取向而决定。如下图2所示,在电场的作用下,区域1的液晶聚合物会不断地迁移到区域2,并朝着上基板流动。在60 min之后材料的迁移率可以达到90%以上,形成深宽比为0.5左右的条纹状起伏形貌。

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图2 电场诱导液晶聚合物流动形成突起形貌的过程


相关工作发表在Advanced Science上。华南师范大学硕士生吕朋荣为文章第一作者,赵威博士与荷兰埃因霍温理工大学刘丹青博士为共同通讯作者。


论文信息:


Translating 2D Director Profile to 3D Topography in a Liquid Crystal Polymer

Author: Pengrong Lv, Yuxin You, Junyu Li, Yang Zhang, Dirk J. Broer, Jiawen Chen, Guofu Zhou, Wei Zhao, Danqing Liu

Journal: Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202004749

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