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表面起皱是一种自然界和工程领域中广泛存在的现象。近年来,表面起皱由于在材料物性表征、非刻蚀法的微纳制造、智能系统和柔性器件构筑等方面具有独特的应用优势,引起了人们日益浓厚的研究兴趣。目前,表面起皱的研究主要集中在基于软固体基底的膜/基体系中,因而对微小的应力扰动通常不敏感。另一方面,偶氮聚合物作为一典型的光敏分子,具有多种光响应特性。其中,偶氮聚合物的光致取向效应,与其致动器、人工肌肉、表面微纳构造等应用性能密切相关。但由于偶氮侧链和主链之间复杂的相互作用,偶氮聚合物的光致取向过程仍未深入揭示。 近日,天津大学/天津城建大学鲁从华教授与复旦大学徐凡教授,清华大学曹艳平教授和天津大学李奇峰教授合作,充分将“液体”基底带来的高灵敏性与偶氮苯基团具有的独特光响应性巧妙结合,构建了一种基于偶氮聚合物漂浮膜的,偏振光触发、时空可控、超灵敏的动态起皱体系。
在450 nm偏振光照射下,该偶氮聚合物漂浮膜体系表面原位发生了一系列超快的动态起皱形貌演变,并伴随新颖的、不同偏振方向依赖的起皱取向的快速转换(从初始平行于入射光偏振方向的起皱取向到最终垂直于偏振方向的起皱取向)。结合实验和模拟结果,作者揭示了所涉及的侧链偶氮聚合物中偶氮侧链和对应主链不同偏振依赖性的渐次光取向过程。基于该体系具有的高度偏振依赖的超灵敏动态起皱特性,作者通过简单调控入射光的偏振方向实现了表面原位动态旋转起皱,并展示了在动态衍射光栅以及光传播操控等方面的应用。利用简单的偏振光直写技术,作者实现了可编程、可控取向的起皱微图案的构筑。进一步通过偏振光和非偏振光的灵活运用,实现了起皱图案的按需写入与擦除,从而拓展了该高灵敏起皱系统在全光控可擦写表面形貌与信息等领域的应用。 总之,该工作开发了一种光响应、超灵敏的动态起皱体系,极大深化了人们对表面起皱机制的理解。同时,该工作首次从实验方面揭示了偶氮聚合物侧链和主链的不同偏振依赖的渐次光取向过程,从而有助于人们对长期困惑的偶氮聚合物复杂的光取向过程的深入理解,并为进一步拓展其先进应用打下坚实基础。 论文信息 Polarization-Dependent Ultrasensitive Dynamic Wrinkling on Floating Films Induced by Photo-Orientation of Azopolymer Enping Liu, Xiaoliang Zhang, Haipeng Ji, Qifeng Li, Lele Li, Juanjuan Wang, Xue Han, Shixiong Yu, Fan Xu, Yanping Cao, Conghua Lu 文章第一作者是天津大学材料学院博士研究生刘恩平同学和复旦大学航空航天系博士研究生张晓亮同学。天津大学/天津城建大学材料学院鲁从华教授,复旦大学航空航天系徐凡教授和清华大学力学系曹艳平教授是该论文的通讯作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202203715
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