新加坡科技設(shè)計大學(xué)Joel Yang 教授團(tuán)隊《Nano Lett.》：用于高分辨率可重構(gòu)納米光學(xué)的高剛度形狀記憶聚合物
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以下文章來源于高分子科技 ，作者老酒高分子
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可重構(gòu)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于生物工程、軟體機(jī)器人和柔性電子等領(lǐng)域。在宏觀尺度，不同構(gòu)型之間的轉(zhuǎn)變可在熱、濕度、光、電磁場等外界激勵下完成。將這類可重構(gòu)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到亞微米尺度，將使其在納米光學(xué)、微型傳感器、微納機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。在亞微米尺度，隨著結(jié)構(gòu)表面積體積比的增加，表面間的范德瓦爾斯力將阻礙不同構(gòu)型之間的切換，因此，提高材料剛度將有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的回復(fù)性能。然而，傳統(tǒng)的可重構(gòu)材料，其橡膠態(tài)儲存模量多在千帕到10兆帕范圍以內(nèi)。目前，能實現(xiàn)亞微米尺度可重構(gòu)功能的高剛度高回復(fù)性能可重構(gòu)材料依然缺乏。
圖 1. 高剛度可重構(gòu)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計，材料表征和制造
針對這一挑戰(zhàn)，近期研究人員 開發(fā)了一種高剛度形狀記憶聚合物 。他們將丙烯酸（ acrylic acid ）， 2- 羥基 -3- 苯氧基丙基丙烯酸酯 （ 2-hydroxy-3-phenoxypropylacrylate ）與二季戊四醇五 / 六丙烯酸酯 ( dipentaerythritol penta-/hexaacrylate) 交聯(lián)聚合，獲得的形狀記憶聚合物在橡膠態(tài)和玻璃態(tài)分別具有大于 90 兆帕和 5.2 千兆帕的存儲模量。通過雙光子 3D 打印，該材料可加工出高寬比達(dá)到 10 的納米柱（圖 1 ）。通過理論計算與實驗測試，他們實現(xiàn)了具有形狀記憶效應(yīng)的高剛度納米柱在不同構(gòu)型之間的切換，而傳統(tǒng)的低剛度納米柱因為范德瓦爾斯力的影響無法由接觸構(gòu)型回復(fù)至原始構(gòu)型（圖 2 ）。他們通過這種高剛度納米柱實現(xiàn)了 2 1150 dpi 分辨率的可重構(gòu)結(jié)構(gòu)色顯示（圖 3 ）和高分辨率全息成像（圖 4 ），其獨特性能也可應(yīng)用于納米光學(xué)領(lǐng)域的其他方向，例如動態(tài)可重構(gòu)超表面、超透鏡、可調(diào)結(jié)構(gòu)光束等。作者相信該工作可促進(jìn)不同領(lǐng)域可重構(gòu)器件的進(jìn)一步小型化，具有巨大的潛在應(yīng)用價值。
圖 2. 高剛度和低剛度納米柱的回復(fù)性能研究
圖 3. 高分辨率可重構(gòu)結(jié)構(gòu)色
圖4. 高分辨率可重構(gòu)全息成像
以上成果近期發(fā)表于美國化學(xué)學(xué)會（ ACS ）旗下期刊 Nano Letters 。文章第一作者為新加坡科技設(shè)計大學(xué)研究員 張旺 博士，通訊作者為新加坡科技設(shè)計大學(xué)高級研究員 王浩 博士和 Joel Yang 教授。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03007
除此之外， Joel Yang 教授課題組近年來在微納制造及微納光學(xué)領(lǐng)域取得了一系列研究成果，感興趣的讀者可前往課題組網(wǎng)站進(jìn)一步了解交流。
課題組鏈接：
https://people.sutd.edu.sg/~joel_yang/
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