康涅狄格大学孙陆逸教授团队研发基于纳米金属涂层的智能软材料( 三 )


此外 , 他们还开发出一种湿气响应[6]和可光刻的褶皱结构[7]、以及具备光、力、电、磁等多响应的褶皱体系[8]。
基于这些工作 , 该团队曾想能否把上述可调的裂缝和折痕/褶皱 , 以及湿气响应和光刻褶皱结合在一个体系里?
一直以来 , 该团队都在努力寻找一种广泛使用的设备 , 以期用简易可行的方法获得不同性能的硬质膜 , 进而可将其和软质衬底进行杂化 。
期间他们发现 , 当以溅射镀膜机为工具时 , 使用气相沉积法 , 即可制备出均匀、且硬质的金属涂层薄膜 。 这种薄膜的光学透明度、反射度和光热响应性能 , 可通过调控溅镀时间的简单方式来实现 。 该材料的制备 , 也为实现多功能双层或多层杂化体系奠定了重要基础 。
与此同时 , 这类金属薄膜可通过简单的表面改性 , 使其跟各类衬底产生化学键合 , 进而形成稳定的层间界面 。 这对保证材料体系的稳定性、耐久性和可逆性起非常关键的作用 。
此外 , 溅射沉积金属涂层的方法具有各向同性的特点 , 可以使得衬底的不同的侧面同时形成均匀的金属膜 , 对他们实现其中一种上下表面都具有均匀金属膜的智能窗户器件起到了重要的作用 。
康涅狄格大学孙陆逸教授团队研发基于纳米金属涂层的智能软材料
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(来源:PNAS)
因为金属薄膜的厚度可以精确调控 , 从而使得研究人员也能精确控制金属膜和软衬底所形成裂缝或者褶皱结构的特征尺寸 , 以及相应的性能 , 进而实现了不同的刺激响应功能 。
在此系列材料中 , 他们采用金/钯合金作为溅射的靶向材料 , 而其他金属材料也可以采用同样的方法制备类似的硬膜材料并具有相同的效果 。
总而言之 , 用溅射镀膜的方法沉积金属涂层薄膜与聚合物/软衬底杂化具有普遍适用性 , 易操作性和较好的产业化前景 , 相信其他研究人员也可以采用该方法制备用于和软衬底杂化的硬膜 , 研制出更多新颖的智能材料体系 。
有望用于信息加密、智能窗户、防伪标签和传感器等
这些器件可应用于以下几个方面:
(1)信息加密:一些信息可以预先通过特定的方式刻录和隐藏在材料之中 , 然后通过特定的刺激方式 , 比如应变 , 水汽 , 紫外光等方式来读取;
(2)智能窗户:其透明度可以通过应变或者电驱动的方式进行改变;
(3)防伪标签:相应的标签可对水汽 , 紫外光等做出响应 , 产生特定的光学现象以用于防伪;
(4)压力传感器:压力施加产生的颜色变化可通过手机 App 读取并转化成压力值 。
(5)湿度传感器:器件可以对相应的湿度变化产生不同的颜色变化;
康涅狄格大学孙陆逸教授团队研发基于纳米金属涂层的智能软材料
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(来源:PNAS)
另据悉 , 作为该团队智能材料方向的主要参与者 , 曾嵩山博士是该文章和上述一系列前期文章的第一作者 。
到目前为止 , 他共发表了 39 篇学术期刊论文 , 总引用次数超过 1800 次 , 其中包括以第一作者发表在 PNAS、Nature Communications、Advanced Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials (3篇) 和 Materials Horizons(2篇)等期刊上 。
相关工作已申请了7项美国/世界专利 , 其中2项美国专利已获授权 。
此外 , 中国西南交通大学的蒋晗教授及其博士生杨卓然为该研究中的两个器件提供了固体力学模型 , 分别用于模拟褶皱演化过程和模拟压力作用下的应力分布 。
同时 , 美国康涅迪格大学 Bing Wang 教授及其学生 Cheonjin Park 为压力传感器设计了手机 App 。

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