Small Methods: 蒸发诱导液滴自组装精确构筑微结构

大面积制备精确可控的微纳米结构对于构筑微纳米功能器件意义重大。蒸发诱导自组装技术由于具有工艺简单、成本低廉、易于规模化等特点,被广泛应用于制备高度有序的多孔薄膜和胶体球等。然而,由于固体颗粒无法变形,以其为构件的自组装完成后,无法进一步调控结构的微观尺寸,限制了结构变化的多样性和性能的可控性。

近期,香港大学机械工程系王立秋教授研究组和深圳大学孔湉湉博士研究组提出了以微流控液滴为模板,利用乳液蒸发方法促进液滴自组装实现大面积高精度微米结构的制备。结构调控通过双重机制完成:1)蒸发诱导微液滴自组装,在宏观尺度上形成高度有序的液滴阵列;2)自组装完成后,微液滴受力变形可在微米尺度上进一步精确调控微结构的类型和尺寸。研究者揭示了自组装过程的调控机制,并根据液滴数量和变形程度,构建理论模型,精确描述了不同的结构类型和微观尺寸特征。该制备方法可拓展至双重乳液和Pickering乳液等,实现微结构的复杂化和功能化,例如在多孔结构中镶嵌微颗粒、制备微纳层次结构等。通过控制表面结构可实现固体表面润湿特性的调控,如超疏水、空气中亲油/疏油、水下超疏油和液体灌注的超滑表面的设计与制备等。

该方法充分利用了微流控技术在微米尺度上精确控制液滴尺寸、结构、组分的能力,并通过乳液蒸发法在微观和宏观尺度上同时实现结构的精确控制。进一步丰富液滴模板的多样性,有望在不同尺度上构筑结构和性能高度可控的新型功能材料。相关研究成果发表于Small Methods (Engineering Microstructure with Evaporation-induced Self-Assembly of Microdroplets, 2018, DOI: 10.1002/smtd.201800017)。