近日，中國科學技術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結構，發現了新的“聚合物自生長”效應，并利用該效應制備了多樣化的可重構功能微結構。相關成果以“Localized Self-Growth of Reconfigurable Architectures Induced by a Femtosecond Laser on a Shape-Memory Polymer”為題，發表在《先進材料》上（Adv. Mater. 2018, 201803072）。
 

自然界很多生物結構可以對外部激勵產生響應，例如環境干燥時，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微尺度、局部可重構結構的“自生長”方法。通過控制激光局部加熱和燒蝕，發現微結構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控所得結構。通過將靈活、可編程激光加工技術與智能形狀記憶聚合物相結合，展示了一種卓越的可重構結構制備范例。
 

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) 飛秒激光連續對稱掃描誘導微直柱生長。(e) 飛秒激光連續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結構在信息加密/解密和微物體捕獲/釋放上的應用。研究結果揭示了具有智能表面的結構在各種跨學科領域的新型能力，包括防偽、微結構印刷和超靈敏檢測等。
 

該研究工作由中國科學技術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、中央高校基本科研業務費專項基金、中國科學院青年創新促進會等項目的資助。