Ridged Zn/PDMS smart surface with wide-range reversible wettability and high sensitivity responsive to mechanical strain

由 ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:45
文章英文标题
Ridged Zn/PDMS smart surface with wide-range reversible wettability and high sensitivity responsive to mechanical strain
正文
具有动态可调节润湿性的智能表面在微流体、生物医学工程和柔性电子领域有着重要的作用。机械应变是一种很有前途的调节表面润湿性的刺激，然而，要同时实现宽范围可逆润湿性和高灵敏度仍然是一个很大的挑战。本研究通过在预拉伸的聚二甲基硅氧烷( PDMS )上溅射沉积锌( Zn )纳米薄膜，在薄膜-基底体系的基础上，裁剪出峰处有裂纹的高度有序的准周期脊状图案。通过调节施加的应变，脊状Zn / PDMS表面的接触角( CA )在115° ~ 143°之间有很好的可调谐性。值得注意的是，这种结构在仅28.6 %的外加应变下具有较宽的CA变化范围( ~ 28° )，表明具有较高的响应灵敏度( η   =   98° )。这一结果归因于宽宽宽比为0.07 ~ 0.54和高变化率( ~ 1.70 )的裂纹脊。而且，脊状Zn / PDMS表面的响应可逆性在没有特殊保护的情况下保持高达1000 个循环和60 天。优异的性能使得脊状表面可以成为各种技术应用中很有前景的构件，特别是在小应变要求的场合。
文章内容（英文）
Smart surfaces with dynamically tunable wettability place an important role in microfluidics, biomedical engineering and flexible electronics. Mechanical strain is a promising stimulus to tune the surface wettability, however, it is still a great challenge to achieve both wide-range reversible wettability and high sensitivity. In this study, highly ordered and quasi-periodic ridge patterns with cracks at their peaks were tailored based on a film-substrate system by sputter deposition of zinc (Zn) nanofilm on prestretched polydimethylsiloxane (PDMS). The contact angle (CA) on the ridged Zn/PDMS surface is well tunable between 115° and 143° by adjusting the applied strains. It is remarkable that such a structure possesses wide-range CA variation (~28°) under just 28.6% applied strain, indicating a high responsive sensitivity ( η  = 98°). This result is attributed to the cracked ridges with both wide-range aspect ratios from 0.07 to 0.54 and high rate of change (~1.70). Moreover, the responsive reversibility of the ridged Zn/PDMS surface remains up to 1000 cycles and 60 days without special protection. The outstanding performances make the ridged surface could be a promising component for various technological applications, especially in small strain required situations.
来源出处
Journal|[J]Materials & DesignVolume 193, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108857

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