[发明专利]大面积多级次表面褶皱结构及其制备

说明书

本发明提供一种大面积多级次表面褶皱结构，是具有双周期的多级次褶皱结构，其中小周期褶皱的周期为100‑200nm，大周期褶皱的周期为3‑4μm。本发明还提出所述大面积多级次表面褶皱结构的制备方法。本发明制备得到的多级次双周期结构的褶皱结构，两套褶皱互相嵌套形成多级次结构，各向同性，多级结构的面积可以做到200mm以上，具有很好的工业实用性。

技术领域

本发明属于多级结构材料领域，具体涉及一种有机聚合物和金属复合的多级结构。

背景技术

皱纹作为一种常见的自然现象，长期以来被认为是材料失效的标志。然而近年来，许多研究发现褶皱在柔性电子学、特殊表面结构制造、薄膜力学性能测量等方面也具有许多积极的应用。在自然界中，无论是在生物体的上，还是在人造结构的表面，都存在着很多复杂的多级次表面微纳结构。这些多次级结构有着许多独特的表面性质，如润湿性、粘附性和光电性能等，因此在太阳能电池，LED，活性吸附，自清洁表面，表面催化等方面具有广泛的应用，刺激了研究人员不断探索和开发各种新型的制备表面多级次结构的方法。

通常而言，褶皱结构可以简单地通过对由软性基底和刚性表层所组成的双层膜体系施加压缩应变来产生。褶皱结构具有本征周期，该本征周期由两层材料的厚度和弹性模量决定。虽然一些研究也制备出具有双周期的褶皱结构，但这些制备方法大多复杂难以实用。

在固化后的PDMS上镀一层金属层或者通过UVO(紫外臭氧)等方法在表面形成一层氧化层，然后释放应变便可产生褶皱形貌(N.Bowden et al,Nature,1998,393:146–149)。若是通过先释放部分应变，再镀新的一层表层膜，然后再释放剩余应变，便可实现两套周期嵌套的多级次褶皱结构(K.Efimenko et al,Nat.Mater.2005,4,293-297)。这类方法的缺点是步骤较为复杂，工艺繁琐。也有研究发现，在PDMS表面直接通过FIB(聚焦离子束)直写，刻写的区域便可产生多级次褶皱(M.Moon et al,PNAS,2007,104(4):1130-1133)。然而多级次褶皱只会在刻写的局部微小区域产生，难以实现大面积均匀的制备。综上所述，目前还没有一种简单的一步成形方法，可以制备出大面积均匀的多次级双周期表面褶皱结构。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提出一种大面积多级次表面褶皱结构。

本发明的第二个目的是提出所述多级次表面褶皱结构的制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种大面积多级次表面褶皱结构，是具有双周期的多级次褶皱结构，其中小周期褶皱的周期为100～200nm，大周期褶皱的周期为3～4μm。

进一步地，所述皱褶结构由表面金属膜和聚合物基底构成，所述表面金属膜覆盖在聚合物基底表面，构成表面金属膜的金属为Au、Ag、Cu、Pt中的一种或多种，所述聚合物基底由聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯TPU、热塑性聚酯弹性体TPEE中的一种或多种构成。

本方法优选用的聚合物基底材料为PDMS，聚二甲基硅氧烷的英文缩写。其具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃。因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。另外，PDMS也是人工褶皱制备常用的聚合物基底材料。

其中，所述皱褶结构的面积为1-1000mm²。

其中，所述表面金属膜的厚度为10-50nm。

优选地，所述聚合物基底是面积为300-350mm²的规则形状，厚度为1±0.2mm，表面金属膜厚度为25-35nm。所谓规则形状，系矩形、正方形、圆形、椭圆形、三角形中的一种。

本发明所述大面积多级次表面褶皱结构的制备方法，包括以下步骤：