供稿人:唐昊煜 賀健康 發(fā)布日期：2018-09-28
仿生結(jié)構(gòu)一直以來都是生物科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而多尺度的分層結(jié)構(gòu)表面作為自然界中很多機(jī)械、光學(xué)和潤濕性行為的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，受到廣泛關(guān)注。然而由于其層級(jí)微結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)制造方法會(huì)受到限制。
如圖所示，吉林大學(xué)的Muhammad Irfan Abid, Lei Wang等人受到自然界葉片及蝴蝶翅膀的表面微結(jié)構(gòu)啟發(fā)，通過具有角度復(fù)用曝光和掃描的雙光束干涉光刻3D打印平臺(tái)，打印了具有級(jí)聯(lián)分辨率和3D表面輪廓的大面積復(fù)雜分層結(jié)構(gòu)。
圖1 雙光束干涉光刻平臺(tái)及打印工藝示意圖
通過精確地控制曝光劑量，可以得到具有相似縱橫比的三維紋理表面，且橫向尺寸跨越4μm至300 nm，高度尺寸為0.9μm到40nm。如圖為打印所得高度0.9μm，一維尺寸約為2μm的三維層級(jí)微結(jié)構(gòu)表面，具有超疏水性，表面接觸角達(dá)到154°。
圖2 超疏水三維分層微結(jié)構(gòu)
利用這種打印方法得到仿生Trichoplusia orichalcea蝴蝶翅膀表面分層結(jié)構(gòu)，如圖3所示，打印所得仿生分層結(jié)構(gòu)十分相似。用自然光照射改分層結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)入射光方向一定時(shí)，隨著該結(jié)構(gòu)與軸向取向角的變化，將呈現(xiàn)可見光區(qū)從紫色到紅色的變化，即該分層結(jié)構(gòu)可以作為高效線性偏振器使用。
圖3 仿生蝴蝶翅膀表面分層微結(jié)構(gòu)及其對可見光的線偏振
總之，通過這種雙光束干涉光刻3D打印平臺(tái)可以制造具有不同尺寸的仿生分層結(jié)構(gòu)。這種仿生分層結(jié)構(gòu)可以模擬自然界的超疏水性、不同顏色的偏振等性質(zhì)。該仿生表面在微流控、防污、裝飾/全息元件、有色首飾、微納光學(xué)、偏振濾光片和表面增強(qiáng)拉曼散射傳感器等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。