形狀記憶聚合物(Shape memory polymer, SMP)是一類在外界刺激條件下能夠在原始形狀和臨時(shí)形狀之間相互轉(zhuǎn)化的聚合物材料。由于其優(yōu)異的形狀記憶特性，SMP在柔性電子、生物醫(yī)學(xué)、紡織工業(yè)、航天航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)設(shè)計(jì)合適的表面微納結(jié)構(gòu)，SMP材料也被用來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)超疏水性。SMP表面微結(jié)構(gòu)在形變與恢復(fù)狀態(tài)間的變化會(huì)引起材料表面潤(rùn)濕性的可逆轉(zhuǎn)變。
飛秒激光具有超短脈沖寬度和極高峰值功率密度的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得飛秒激光能夠作用幾乎所有給定的材料，并且可以通過(guò)一步直寫加工在這些材料表面上直接構(gòu)建出各種微納結(jié)構(gòu)。
近日，西安交通大學(xué)陳烽教授領(lǐng)導(dǎo)的飛秒激光仿生微納制造團(tuán)隊(duì)基于飛秒激光直寫技術(shù)在熱響應(yīng)型SMP表面上構(gòu)筑出微柱型陣列結(jié)構(gòu)。所制備微結(jié)構(gòu)顯示優(yōu)異的超疏水性。當(dāng)在外力的作用下，微柱陣列結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜變形后，表面的超疏水性會(huì)發(fā)生下降，對(duì)水滴的粘滯性增大。經(jīng)簡(jiǎn)單加熱處理，SMP的形狀記憶特性會(huì)使得傾斜的微柱能夠恢復(fù)到原始的豎立狀態(tài)。表面潤(rùn)濕性也恢復(fù)到最初的極低粘滯性超疏水狀態(tài)。通過(guò)多次反復(fù)的碾壓-加熱處理，表面微結(jié)構(gòu)及潤(rùn)濕性能夠重復(fù)可逆地被調(diào)制。（Chem.Eng. J., 2020, 383: 123143.）
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作者采用飛秒激光進(jìn)一步在SMP表面上構(gòu)筑了微溝槽結(jié)構(gòu)，獲得了類似于水稻葉表面的各向異性超疏水性。所制備微溝槽陣列結(jié)構(gòu)不但具有可調(diào)的超疏水性，還兼具各向異性潤(rùn)濕性。在初始的SMP溝槽表面上，水滴只能接觸到溝槽結(jié)構(gòu)的頂端，展現(xiàn)出低粘滯的超疏水特性。各向異性潤(rùn)濕性使得水滴更傾向于沿著激光構(gòu)建的微溝槽方向滾動(dòng)。當(dāng)碾壓處理使得微溝槽結(jié)構(gòu)傾斜向一邊后，此時(shí)水滴與表面之間的接觸面積增大，使該表面轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒硿某杷疇顟B(tài)。水滴會(huì)緊緊粘附在樣品表面上而不會(huì)滾離。加熱處理后，表面微溝槽結(jié)構(gòu)重新恢復(fù)到豎立狀態(tài)，表面潤(rùn)濕性也恢復(fù)到原始的低粘滯超疏水性。(Chem. Eng. J.,2020,400: 125930.)
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粘滯可調(diào)的超疏水性以及各向異性使得飛秒激光構(gòu)建的SMP微納結(jié)構(gòu)成為一種能夠?qū)崿F(xiàn)多種液滴操控方式的多功能平臺(tái)?；谒苽涞腟MP微柱陣列和微溝槽陣列圖案結(jié)構(gòu)，液滴定向輸運(yùn)、定向自清潔、液滴圖案化、液滴微化學(xué)反應(yīng)器、氣體傳感器等功能相繼被實(shí)現(xiàn)。通過(guò)連續(xù)地“擦”（豎直）和“寫”（傾斜）SMP微結(jié)構(gòu)圖案，這些功能能夠在同一個(gè)SMP表面上實(shí)現(xiàn)。另外，研究表明飛秒激光可以作用不同種類的SMP材料，并且能夠在各種SMP上設(shè)計(jì)制備多種多樣的3D微結(jié)構(gòu)和微圖案，從而可以實(shí)現(xiàn)更為豐富的表面潤(rùn)濕性智能調(diào)控。
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相關(guān)研究成果分別以“Superhydrophobicity-memorysurfaces prepared by a femtosecond laser”和“Anisotropic,adhesion-switchable, and thermal-responsive superhydrophobicity on thefemtosecond laser-structured shape-memory polymer for droplet manipulation”為題發(fā)表于ChemicalEngineering Journal期刊上。西安交通大學(xué)電信學(xué)部白雪博士為該論文第一作者，西安交通大學(xué)雍佳樂(lè)副教授和陳烽教授為通訊作者。
參考文獻(xiàn)：
1.Xue Bai, Qing Yang, Yao Fang, Jingzhou Zhang, JialeYong*, Xun Hou, Feng Chen*.Superhydrophobicity-memory surfaces prepared by a femtosecond laser[J].Chemical Engineering Journal, 2020, 383: 123143.
2.XueBai, Qing Yang, Yao Fang, Jiale Yong*, Yongkang Bai, Jiwen Zhang, Xun Hou, FengChen*. Anisotropic, adhesion-switchable, and thermal-responsive superhydrophobicityon the femtosecond laser-structured shape-memory polymer for droplet manipulation[J].Chemical Engineering Journal, 2020, 400: 125930.
全文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894719325550
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894720320581
