La conception et l'application de micro et nanostructures de surface artificielles ont reçu beaucoup d'attention au cours des dernières décennies. Les stratégies traditionnelles de lithographie ou de pochoir présentent des avantages tels qu'une grande précision et une bonne répétabilité, mais elles présentent également des limitations intrinsèques telles que des équipements spéciaux, des coûts élevés et une faible efficacité. En revanche, une méthode d'auto - assemblage basée sur la déstabilisation de surface induite par des contraintes fournit un chemin alternatif peu coûteux, efficace et fiable pour générer rapidement des micro et Nanostructures ordonnées sur de grandes surfaces sans outils et masques de lithographie traditionnels. Cependant, les structures plissées générées par les méthodes existantes sont généralement morphologiquement monomorphes et uniformément réparties sur la surface, ce qui rend difficile une régulation multimodale à grande échelle dans un seul échantillon. Par conséquent, l'équipe du professeur Hu Liang de l'Université des sciences et technologies électroniques de Hangzhou et l'équipe du professeur ni yong de l'Université des sciences et technologies de Chine ont proposé une méthode simple et efficace pour préparer des plis multimodaux contrôlables en appliquant une charge mécanique triaxiale.

Cette étude utilise un dispositif d'étirage triaxial conçu sur mesure (angle de 120 °) qui applique une précontrainte uniforme à un substrat flexible triangulaire (p. ex., PDMS, ecoflex), suivie de la formation d'une couche superficielle rigide sur le substrat pré - étiré en utilisant des techniques telles que la Pulvérisation magnétron ou la modification de surface de l'ozone ultraviolet (UVO); En libérant la précontrainte triaxiale de manière synchrone, on induit une déstabilisation par compression du film, ce qui conduit à la formation d'une structure plissée (Figure 1). La topographie du pli, ses dimensions et ses lois d'évolution en fonction de la position (d'un coin à l'opposé) ont été systématiquement caractérisées à l'aide de la microscopie optique et de la microscopie à force atomique (AFM) (Figure 2) et combinées avec des simulations par éléments finis et des analyses théoriques ont révélé Les caractéristiques de la distribution des contraintes sous compression triaxiale des films minces triangulaires (Figure 3).

Figure 1 Préparation de plis multimodes sous déformation triaxiale

Figure 2 morphologie des plis de deux systèmes de film différents dans différentes positions (coin, bord et Centre)

Figure 3 Résultats de l'analyse par éléments finis

Les résultats expérimentaux montrent que la morphologie des plis présente une dépendance de position significative: à partir de plis striés droits aux coins de l'échantillon, elle évolue progressivement vers des plis labyrinthiques dans la zone centrale, pour finalement se transformer en plis ondulés près des bords (Figure 4). La longueur d'onde et l'amplitude des plis augmentent toutes deux approximativement linéairement avec l'épaisseur du film, mais leurs caractéristiques de mode de base restent inchangées. Les simulations par éléments finis confirment que cette distribution multimodale résulte de la variation continue de l'anisotropie des contraintes internes du film en fonction de la position sous charge triaxiale. Des tests de performance fonctionnelle ont également montré que les différents modes de plis présentaient un potentiel d'application unique: les forces de frottement des plis striés et ondulés présentaient une forte anisotropie (Figure 5), tandis que les forces de frottement des plis labyrinthiques étaient isotropes (Figure 6). Dans le même temps, les plis à différents endroits produisent des motifs de Diffraction laser très différents et ces propriétés optiques peuvent être régulées de manière réversible et stable par déformation mécanique. Ensemble, ces résultats montrent que les plis multimodaux préparés avec une contrainte triaxiale ont un potentiel d'application important dans le domaine de l'ingénierie de surface intelligente et des dispositifs accordables (Figure 7).

Figure 4 dépendance de position du pli multimode

Figure 5 caractéristiques de frottement des plis striés

Figure 6 caractéristiques de frottement des plis labyrinthiques et ondulés

Figure 7 caractéristiques optiques du pli multimode

En résumé, cette étude a développé une méthode simple basée sur une charge de déformation triaxiale pour la préparation de plis multimodaux contrôlables dans un système de film souple. Les principaux avantages de cette méthode sont sa simplicité, son efficacité et son universalité, sans processus complexes de lithographie ou de coffrage, avec de vastes perspectives d'application dans les domaines de l'électronique étirable, de l'optique élastique, de l'ingénierie de surface, des dispositifs bioniques, etc. Le procédé actuel est mis en oeuvre sur un substrat plan bidimensionnel. Alors que de nombreux scénarios d'application pratique (par exemple, les dispositifs portables, les articulations robotiques) impliquent des surfaces tridimensionnelles complexes, comment adapter cette stratégie de chargement triaxial à une surface et prédire ses modèles de rides peut être étudié plus en profondeur.