二維泡沫演化的調(diào)控及圖案化

人民網(wǎng)北京2月23日電（趙竹青）據(jù)中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)站消息，中科院化學(xué)研究所科研人員發(fā)明了一種新技術(shù)：通過(guò)操控泡沫的“演化”方式，實(shí)現(xiàn)了以陣列化氣泡為模板“印刷”功能材料，進(jìn)而制備納米尺度的高精度圖案等功能。該研究成果發(fā)表在《自然-通訊》雜志上。

泡沫由于具有特殊的性能，如高比表面積、可壓縮性、聲波控制、光學(xué)衍射和散射、同時(shí)具有固體和液體的力學(xué)性質(zhì)等，其應(yīng)用涵蓋了材料科學(xué)、海洋工程、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)藥、化學(xué)工程、食品生產(chǎn)及微電子學(xué)等方面，對(duì)人類(lèi)的生存和發(fā)展具有重要的作用。然而泡沫是一個(gè)不穩(wěn)定體系，存在一種類(lèi)似叢林法則的“弱肉強(qiáng)食”現(xiàn)象，即大的更大，小的更小，最終消失。因此，對(duì)其結(jié)構(gòu)演化的有效調(diào)控成為了泡沫研究領(lǐng)域百余年來(lái)的一個(gè)難題。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的大力支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員宋延林課題組科研人員近年來(lái)在納米材料印刷及圖案化領(lǐng)域開(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究。他們?cè)诠腆w表面打印和構(gòu)造精確可控的三維微米結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)印刷技術(shù)的精度極限，實(shí)現(xiàn)了微納米尺度精細(xì)圖案的印刷及納米功能材料的可控組裝，并發(fā)展了在印刷電子及可穿戴器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

在上述研究的基礎(chǔ)上，他們發(fā)現(xiàn)這種帶有微米結(jié)構(gòu)的模板可以用于調(diào)控二維泡沫的演化。研究表明，在泡沫中的氣泡生長(zhǎng)演變過(guò)程中，微米結(jié)構(gòu)可以對(duì)氣泡的表面曲率半徑進(jìn)行調(diào)控, 進(jìn)而有效地調(diào)控泡沫的演變過(guò)程。通過(guò)微結(jié)構(gòu)的調(diào)控，可以使得氣泡的曲率半徑不再隨體積的增大而增大，甚至出現(xiàn)減小的情形。對(duì)應(yīng)的演變也由原來(lái)的“弱肉強(qiáng)食”變?yōu)榱恕跋薷粷?jì)貧”的反奧斯瓦爾德熟化演變模式。通過(guò)改變微結(jié)構(gòu)的幾何排列，泡沫會(huì)演變成所設(shè)定的圖案，從而實(shí)現(xiàn)二維泡沫演化的“可編程性”。

這些圖案化的二維氣泡為高精度印刷組裝功能材料提供了新思路。通過(guò)把功能材料（如納米顆粒、導(dǎo)電聚合物等）加入溶液中，隨著液體的蒸發(fā)，功能材料就會(huì)在氣泡邊界處進(jìn)行組裝，形成高精度的網(wǎng)格圖案，從而實(shí)現(xiàn)在透明電極等光電器件上的應(yīng)用。