可控褶皱

可控褶皱主要是在弹性聚合物衬底表面上制备刚性薄膜，通过拉伸、挤压衬底或者收缩衬底，由于两种材料可伸缩长度不一致，使其上的刚性薄膜实现结构有序、可控的褶皱。复合纳米压印模板的结构与可控褶皱的结构相似，因此我们采用可控褶皱方法来制备复合纳米压印模板。在可控褶皱制备中，弹性聚合物衬底与刚性薄膜的力学性能差别大，当两种不同性能的材料结合在一起会存在明显的界面，材料的弹性模量、热膨胀系数等失配明显。当弹性衬底材料被拉伸时，这一拉伸为泊松拉伸，即其拉伸方向伸长，必定伴随着横向收缩(反之亦然)，因此在回缩产生褶皱的过程中，必然导致横向伸长，由于刚性薄膜材料的断裂伸长度低，在形成褶皱的同时，不可避免的在其垂直方向上产生裂纹，这是目前可控褶皱需解决的问题之一。梯度渐变材料（界面）是解决材料开裂的一个有效方法，在此我们在刚性薄膜和弹性衬底之间引入梯度渐变界面来解决这一问题。不同于传统的可控褶皱制备，只是把刚性薄膜和弹性衬底简单的贴合，我们利用了聚有机硅氧烷（PDMS）材料具有很好渗透性能的特点，采用低粘度的紫外光固化预聚体材料，把预拉伸的PDMS覆盖于旋涂了紫外光预聚体的硅片上，经过一定时间，紫外光固化预聚体将逐渐渗透入PDMS母体中，一般这类渗透都会使渗透的材料在界面处，相对于母体材料，由外向内含量呈梯度递减的分布，再进一步紫外固化预聚物，则在两层材料之间形成了成分梯度渐变的界面。实验证明，这一方法对可控褶皱的裂纹具有很好的改善，刚性薄膜材料可忍受超过20%的伸长量而不出现明显的开裂。由褶皱形成的微米、纳米周期的光栅结构可直接作为复合纳米压印模板，为大面积纳米压印模板的制作，提供了一条新的途径。该工作，详见Xuan, Yan, et al., "Crack-free controlled wrinkling of a bilayer film with a gradient interface", Soft Matter, 8, 9603–9609 (2012).