近日，中國科學技術(shù)大學工程科學學院微納米工程實驗室在飛秒激光誘導材料加工方面取得新突破：通過與新加坡國立大學合作，利用飛秒激光在形狀記憶聚合物表面制備可重構(gòu)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了新的“聚合物自生長”效應，并利用該效應制備了多樣化的可重構(gòu)功能微結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果以“Localized Self-Growth of Reconfigurable Architectures Induced by a Femtosecond Laser on a Shape-Memory Polymer”為題，發(fā)表在《先進材料》上（Adv. Mater. 2018, 201803072）。
 

自然界很多生物結(jié)構(gòu)可以對外部激勵產(chǎn)生響應，例如環(huán)境干燥時，由于雙層鱗片不同膨脹度，松果鱗片張開釋放種子；章魚在遇到天敵時，會在皮膚表面收縮產(chǎn)生乳突；向日葵在方向性光照下，莖稈不對稱地生長，使得向日葵具有向日性。由于在智能紡織品、致動器、軟機器人和藥物輸送等方面的應用前景，基于自然生物體形狀變形啟發(fā)的人工材料幾十年來受到了廣泛研究。
 

本項工作介紹了在預拉伸形狀記憶聚合物表面通過飛秒激光掃描以實現(xiàn)微尺度、局部可重構(gòu)結(jié)構(gòu)的“自生長”方法。通過控制激光局部加熱和燒蝕，發(fā)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)可以從表面生長出來，并且采用非對稱激光掃描策略可以進一步調(diào)控所得結(jié)構(gòu)。通過將靈活、可編程激光加工技術(shù)與智能形狀記憶聚合物相結(jié)合，展示了一種卓越的可重構(gòu)結(jié)構(gòu)制備范例。
 

圖1. (a)-(b) 熱縮聚苯乙烯薄膜的收縮特性。(c) 熱縮薄膜的UV-Vis光譜吸收特性。(d) 飛秒激光連續(xù)對稱掃描誘導微直柱生長。(e) 飛秒激光連續(xù)非對稱掃描誘導直柱彎曲。
 

該項工作還概念性展示了自生長可重構(gòu)結(jié)構(gòu)在信息加密/解密和微物體捕獲/釋放上的應用。研究結(jié)果揭示了具有智能表面的結(jié)構(gòu)在各種跨學科領域的新型能力，包括防偽、微結(jié)構(gòu)印刷和超靈敏檢測等。
 

該研究工作由中國科學技術(shù)大學工程與材料科學實驗中心支持完成。論文第一作者為工程科學學院博士生張亞超，通訊作者為微納米工程實驗室胡衍雷副教授、吳東教授和新加坡國立大學仇成偉教授。該研究得到了國家自然科學基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助。