基于动态交联网络构建智能响应性图案化表面的研究

Stimuli-responsive surface pattern can realize the smart responsive surface with the dynamically tunable properties. Recently, we demonstrated a new and general approach to fabricate a reversible wrinkling pattern on the surface based on the dynamic cross-linked polymer network. To fully establish the relationship between the dynamic wrinkling pattern and the dynamic polymer network, we here study the effect of multi-stimulus, dynamic chemistry, modulus of polymer network on the morphology of wrinkling pattern, and try to fabricate varies of reversible and dynamic wrinkling pattern responsive to multi-stimulus. We will further investigate the effect of dynamic morphology on the surface properties such as wetting, adhesion, optical and friction. These investigations will provide a general and robust alternative to fabricate smart responsive surface, whose properties can be tunable and on-demand controlled by environmental stimulus. The obtained smart responsive patterned surface will find potential application in optical device and sensor.

表面刺激响应性图案可以实现对材料表面性能智能调控，最近我们利用动态化学键交联的聚合物网络和褶皱技术实现了动态褶皱图案的制备，这种基于动态交联聚合物网络制备动态微纳米图案的方法具有一定的普适性。基于这一初步的研究结果，本课题将系统地研究基于动态化学交联聚合物网络制备动态褶皱图案的方法，将多种动态共价键和超分子相互作用同时引入到交联聚合物网络中，制备出同时对多种化学和物理信号响应的多重环境刺激响应性微纳米图案，建立动态化学交联反应程度、聚合物网络模量与褶皱图案的形貌之间的关系，实现通过多重环境刺激来精确、动态和按需地调控褶皱图案的形貌，为制备具有多重刺激响应性智能图案化表面提供设计原则。在此基础上将研究褶皱图案的形貌与材料表面性能如粘附性、浸润性、摩擦性和光学性能等之间的关系，实现对材料表面性能的智能调控，探索这种多重刺激响应性图案化表面在光学器件、传感器等方面应用的可能性。

微纳米图案是决定材料表面性能的关键因素之一。如果材料表面的微纳米图案形貌可以通过外界环境改变如物理或化学刺激来进行调控，就能通过动态控制表面微纳米图案形貌来实现智能调控材料表面性能。这种响应性微纳米图案能够赋予材料表面动态可逆的摩擦性、粘附性、浸润性和光学等性能，在光学、电子学、医学以及智能传感等领域具有广阔的应用前景。. 本项目围绕动态表面图案的制备方法这一核心问题，采用“高分子结构－动态有序褶皱图案－智能高分子表面”的研究思路，系统地开展了高分子表面动态微纳米图案的构建、结构与性能的动态调控及其应用研究。将动态化学引入到褶皱图案的构建中，建立了动态表面微纳米图案的普适性制备方法，实现了高分子表面微纳米图案形貌和性能的动态调控，为制备智能高分子表面材料提供了新思路。通过光聚合反应诱导高分子表面应力发展，实现了高分子表面褶皱图案二维严格有序，为表面有序图案的制备提供了光直写的新方法。利用动态表面图案实现了对光的原位动态调节，开发了一系列基于动态图案化表面的智能光学材料，实现了表面图案对光散射和反射的动态调控，制备了一系列原位响应性的动态光栅，提出了利用动态褶皱表面图案构建动态指纹的策略。该项目的相关研究工作在Natl Sci Rev, PNAS, Acc Chem Res, Nat Commun, Adv Mater, ACS Macro Lett/Macromolecules, 高分子学报等刊物上发表了基金标注的论文28篇，申请和授权的中国国家发明专利3 项。该项目还培养了硕士生4名和博士生3名。