光固化涂层表面形成自褶皱微纳米图形的研究

Fabrication of micro&nano-pattern is one of the most important factors for the modern science and technology. Recently, we demostrated a facile approach to fabricate micro&nano- pattern on the photo-curing coating through self-wrinkling, which exhibites the bioinspired characteristics. To fullly understand the mechanism of this self-wrinking, we here study the effect of parameters of photo-curing systems on the mophorlogy of the resulting micro & nano-pattern, and try to obtain the pattern with the controlled morphology. We will futher investige the performance of the patterned surface such as self-cleaning and antireflection. Based on these investigation, we try to fabricate the bioinspired patterned surface through this self-wrinkling approach, which will find potential application in self-cleaning and antireflection. This research will provide the self-wrinkling as novel alternative to fabricate patterned surface with low-energy and antireflection.

材料表面构筑微纳米图形是现代先进制造业基础之一，最近我们发现在光固化涂层表面上通过自褶皱方法形成微纳米复合图形，这种化学反应导致的自褶皱现象具有一定生物体形成褶皱图形的特征。基于这一初步的研究结果，本课题将系统地研究这种自褶皱制备微纳米图形化表面的方法，试图建立反应性添加剂、光固化液体树脂与自褶皱图形形貌之间的关系，揭示自褶皱图形形成机理，力图控制这种自褶皱图形的形貌。进一步研究表面能与自褶皱图形形貌之间的关系，制备出具有低表面能的光固化涂层，为开发具有自清洁功能的功能化涂层打下基础。在控制自褶皱图形的形貌的基础上，制备出类似蛾子眼睛的自褶皱图形，探索这种自褶皱图形化表面对光的抗反射可能性。在此研究基础上，进一步将自褶皱图形化技术应用于各种材料表面改性如玻璃和薄膜太阳能电池等装置，使其同时具有自清洁功能和抗反射性能，增加这些装置的抗污和透光能力。

表面的微纳米结构赋予了材料表面独特的润湿、光学和粘附等性能，在诸多领域如生物、微电子和光学等方面有着重要应用，是化学、物理和材料科学研究的重点，因此如何简单有效地在材料表面上构造微纳米图形是该领域研究中的重要环节。本研究给予我们在图案化表面的研究基础上，结合自组装和光聚合技术，发展了一种简单、有效的在光固化涂层表面制备微纳米自褶皱图案的方法，提出利用动态化学来构建动态褶皱图案化表面的新策略。首先是光固化涂层产生自褶皱微纳米图案方法的研究：利用无规含氟共聚物低表面能而导致在空气/交联单体界面组装的特性，结合光聚合反应导致收缩这一原理，实现了在光固化涂层表面构筑自褶皱的微纳米图案，详细考察了光聚合动力学、无规共聚物结构等因素对自褶皱图案的影响，为制备出可控的微纳米图案提供了一定的理论依据。在此基础上我们制备出具有低表面能、抗反射的光固化涂层，将这种具有微纳米褶皱图案的光固化涂层应用于薄膜太阳能电池封装，提高了电池效率。我们还将动态化学引入到褶皱体系中，发展了一套制备动态微纳米褶皱图案的新策略。基于动态化学反应构建可逆的微纳米图案是将动态化学反应的本质充分运用到表面应力松弛体系上来获得智能的微图案化表面，这种利用动态化学构建动态可逆的褶皱图案的方法非常简单有效，易于设计和调控，且具有自修复和多功能化等优点，为制备智能材料表面和器件提供了新的思路。该项目的相关研究工作在Adv. Mater.,Adv.Func. Mater., Macromolecules等刊物上发表了基金标注的SCI 论文23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，毕业3 名；培养了博士生2 名，毕业2 名。