近日，儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院費(fèi)業(yè)泰精密工程中心團(tuán)隊(duì)的吳思竹教授、張亞超副教授在微納制造領(lǐng)域取得創(chuàng)新性進(jìn)展，提出通用的拉伸誘導(dǎo)聚合物自生長(zhǎng)（SIPS）方法，成功實(shí)現(xiàn)高長(zhǎng)徑比微結(jié)構(gòu)的快速、可逆制備。相關(guān)研究成果以“Stretch-induced reversible self-growth of high aspect ratio microstructures scribed by femtosecond laser”為題發(fā)表于國(guó)際知名期刊《Nature Communications》。

傳統(tǒng)聚合物自生長(zhǎng)技術(shù)普遍存在生長(zhǎng)速度慢、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)徑比低、材料適配范圍窄以及結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)控等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足微納制造領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用需求。針對(duì)上述瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)受自然界動(dòng)態(tài)非平衡體系的啟發(fā)，將飛秒激光精準(zhǔn)刻蝕與彈性薄膜應(yīng)力調(diào)控相結(jié)合，提出了一種SIPS新方法。該方法通過(guò)對(duì)彈性薄膜進(jìn)行預(yù)拉伸，并利用飛秒激光局部刻蝕釋放應(yīng)力，從而驅(qū)動(dòng)聚合物微結(jié)構(gòu)自發(fā)生長(zhǎng)。基于該策略，成功制備出長(zhǎng)徑比高達(dá)1.4的微柱結(jié)構(gòu)，顯著高于此前報(bào)道的約0.25。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微柱高度與拉伸比及刻蝕深度之間存在明確的定量關(guān)系，為微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)。進(jìn)一步的理論仿真表明，微柱高度主要由預(yù)應(yīng)變釋放所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形變所決定，與材料的楊氏模量基本無(wú)關(guān)。

該方法兼具生長(zhǎng)速度快、材料普適性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)可逆性?xún)?yōu)異、設(shè)計(jì)可編程等優(yōu)勢(shì)，還在盲文訓(xùn)練、信息加解/密、微球操控等場(chǎng)景完成概念驗(yàn)證，證實(shí)了在觸覺(jué)界面、信息存儲(chǔ)、微操作等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。這一成果為高長(zhǎng)徑比可逆微結(jié)構(gòu)的可控制備提供了新的技術(shù)方案，為微納制造和自適應(yīng)表面工程等領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟了新的技術(shù)路徑。合肥工業(yè)大學(xué)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)為該論文的共同第一完成單位。合肥工業(yè)大學(xué)張亞超副教授與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張念為論文共同第一作者，吳思竹教授與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)胡衍雷教授為論文通訊作者。該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，西南科技大學(xué)、浙江大學(xué)、香港中文大學(xué)等單位參與合作完成。

圖：自生長(zhǎng)的機(jī)理及微結(jié)構(gòu)的可逆調(diào)控

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70098-8

（張亞超/文 張亞超/圖 李軍鵬/審核）

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