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  褶皺，裂縫，折痕等微納結構廣泛存在于各類生物表面上，例如章魚、水母的皮膚，花瓣表層，和人（衰老后）的皮膚等等。近年來，具備類似微納紋理的智能軟材料受到了大量研究者的關注。此類材料一般具有光、熱、濕氣等響應基團和薄膜-軟底組成的多層和多尺度結構。這些材料在智能窗戶、力學傳感器、動態光學器件、微流控和信息加密存儲等領域已得到廣泛關注和應用。

  近日，來自美國康涅迪格大學的孫陸逸（Luyi Sun）教授和曾嵩山博士（Songshan Zeng）以及來自西南交通大學的蔣晗（Han Jiang）教授等研究人員，以厚度可變的金屬納米層作為硬膜，以聚二甲基硅氧烷（PDMS）或聚乙烯醇（PVA）等作為軟層，制備了一系列多功能智能材料器件。其中，該團隊通過調整納米金屬層的厚度，可調控其透光率，反射率和光熱響應等性能。因此，此納米金屬層可跟上述軟層材料互相作用協調而產生應變或光響應的褶皺或裂縫等微納結構，或發生薄膜干涉結構色。研究人員根據這些特征制備了一系列器件，它們具有刺激響應的可調光散射或光屏蔽性能，或具有做可光刻圖案和濕度響應結構色等特性。這些器件可應用于信息加密、智能窗戶、可擦寫表面、濕度傳感器、壓力傳感器等多種場景。相關論文“Dynamic multifunctional devices enabled by ultrathin metal nanocoatings with optical/photothermal and morphological versatility”發表在《PNAS （美國國家科學院院刊）》 (PNAS 2022 Vol. 119 No. 4 e2118991119) 上，第一作者為曾嵩山博士，通訊作者為孫陸逸教授和蔣晗教授。

圖1. 基于性能和形貌可調的金屬納米層的多功能器件

  該工作是孫陸逸教授團隊近期在智能材料領域的最新進展之一。過去幾年中，該團隊提出了融合生物啟發設計，表面形貌工程和多尺度構筑的新策略，制備了一批具有刺激響應性能的智能材料體系。比如，該團隊利用基于可調裂縫的光屏蔽體系，制備了一系列基于熒光的動態可調力致變色器件（Nat. Commun. 2016, 7:11802, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1803168, Adv. Opt. Mater. 2020, 8, 2001472）, 并將此設計擴展到基于可見光的多響應變色體系（Mater. Horiz. 2020, 7, 164）和應用于動態隱身加密的熱輻射調節器（Mater. Today 2021, 45, 44）。與此同時，該研究團隊也利用可調折痕或褶皺對光散射的動態變化，制備了一系列對濕汽具有不同響應模式的褶皺結構（Adv. Mater. 2017, 29, 1700828）。在此基礎上，他們研發出具有可調濕汽響應模式的光刻褶皺體系 (Adv. Funct. Mater. 2020, 31, 2009481) 和具備光、力、電、磁等多響應的褶皺體系 （Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2100612. ），并開發出了一種褶皺驅動的三維管狀結構體系，用于三維可拉伸電子器件（Mater. Horiz. 2020, 7, 2368）。其中，作為這些工作的主要參與者，曾嵩山博士均為上述文章的第一作者。

  原文鏈接：https://www.pnas.org/content/119/4/e2118991119

  下載：Dynamic multifunctional devices enabled by ultrathin metal nanocoatings with optical/photothermal and morphological versatility