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我院王玉忠院士/宋飞教授《Nat. Commun.》:一种无掩模限域刻蚀的表面润湿性差异图案化新策略

访问量:发布时间:2022-06-06

近日,我院王玉忠院士和宋飞教授在Nature Communications上发表题为“A Confined-Etching Strategy for Intrinsic Anisotropic Surface Wetting Patterning”的研究论文(Nat. Commun. 2022, 13, 3078)。四川大学为论文唯一署名单位,化学学院环保型高分子材料国家地方联合工程实验室2019级博士研究生冯蕊为论文第一作者,王玉忠教授和宋飞教授为通讯作者。

自然生物启发的图案化润湿差异表面近年来得到了长足发展。通过精确控制表面的局部可润湿性,可实现可控润湿、各向异性润湿、定向粘附等独特性能,在水汽凝结与收集、液体操控、热管理、细胞培养、打印技术、生物传感、光电制造等基础研究和工业制造领域具有广泛应用前景。然而,精确、复杂图案的制备往往需依赖光刻、等离子体刻蚀、飞秒激光等手段,涉及光刻胶、光掩模等昂贵耗材的使用,限制了此类表面的发展与应用。

由我院王玉忠院士创建的环保型高分子材料国家地方联合工程实验室,长期从事生物基与生物降解高分子材料的基础与应用研究工作。该团队受可降解高分子材料分解过程因化学和物理结构改变导致材料表面润湿性变化所启发,提出了一种可控限域化学刻蚀策略,仅利用普通商用喷墨打印机即可实现精确、复杂图案化润湿差异表面的简单、快速制备(例如二维码图案)。通过三醋酸纤维素在NaOH水溶液中的脱乙酰降解反应,结合水滴模板法与喷墨打印技术,在三醋酸纤维素多孔表面成功实现差异化碱刻蚀,从而制备了具有本征润湿差异的图案化表面。表面图案区域与非图案区域具有明显润湿差异性,并且表面润湿性与微观形貌可通过控制脱乙酰化程度予以调控。制备的图案化表面在响应型信息存储与加密、柔性电子器件的制备等领域展现出良好的应用前景。

表面限域刻蚀策略示意图

喷墨打印预处理表面的快速图案化刻蚀与信息加密防伪应用展示

该方法可克服掩膜依赖性,操作简单易行、无需昂贵设备与耗材,可设计图案种类丰富且精度较高。此外,这种策略还有望进一步拓展至各类可降解高分子材料,通过表面图案化赋予可降解高分子材料更多的先进功能。该工作由国家自然科学基金联合基金(重点项目,U21A2096)等项目经费支持,已授权发明专利ZL 202110570617.7

原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-30832-4

 

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