以下新闻文章出现在麻省理工学院媒体关系网站。

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葡萄干上的皱纹是由一个简单的效应造成的:随着里面的果肉变干，果皮变硬并弯曲以适应其缩小的尺寸。现在，麻省理工学院的一组研究人员发现了一种控制和有序地利用同一原理的方法，创造出具有精确大小和图案的褶皱表面。

他们说，这种基本方法可以应用于各种有用的结构:用于生物研究、传感和诊断的微流体系统;可以控制光波的新型光子器件;可控粘接表面;抗反射涂层;以及防止微生物积聚的防污表面。

一篇描述这一新过程的论文，由麻省理工学院博士后Jie Yin和Jose Luis Yagüe，前学生Damien Eggenspieler SM ' 10，以及Mary Boyce和Karen Gleason教授共同撰写，已发表在期刊上先进材料188金宝搏bet官网．

这个过程使用了两层材料。底层或基材是一种硅基聚合物，可以拉伸，就像装在担架上的帆布一样。然后，第二层聚合物材料通过初始化学气相沉积(iCVD)过程沉积，在该过程中，材料在真空中加热，使其汽化，然后落在拉伸的表面上并紧紧地结合在一起。然后——这是新过程的关键——拉伸首先在一个方向释放，然后在另一个方向释放，而不是一次全部释放。

当张力一下子被释放出来时，结果就是一堆杂乱无序的皱纹，就像葡萄干的表面一样。但是，由麻省理工学院团队开发的可控、逐步释放系统创造了一个完美有序的人字形图案。

事实证明，人字肋骨的大小和间距是由下面的材料在每个方向上被拉伸的确切程度、涂层的厚度以及两个方向释放的顺序决定的。麻省理工学院的研究小组首次展示了在两个方向上控制精确大小、周期间距和角度的能力。

格里森说，该系统的不同寻常之处在于它能够产生精确控制的图案，而不需要掩模或复杂的打印、成型或扫描过程。

控制模式

从根本上说，“这和给你指纹的过程是一样的，”亚历山大和I.迈克尔·卡塞尔化学工程教授格里森说。但在这种情况下，精确控制所产生的图案需要iCVD过程，格里森和她的同事已经开发了多年。这可以对沉积层的厚度进行高度控制，也可以控制涂层的表面化学成分。

此外，iCVD方法提供了形成弯曲图案所需的高附着力。如果没有足够的附着力，表面层就会简单地与基材分离。

福特工程学教授、麻省理工学院机械工程系主任博伊斯说:“我们展示的一个显著特征是能够创造确定性的二维皱纹模式，”比如锯齿形人字纹。“这些模式的确定性非常强大，为设计所需的表面拓扑提供了原则。”

Yagüe说:“一个重要的应用是在不知道薄膜厚度的情况下测量超薄膜材料的性能。”他说，薄膜的材料硬度和厚度可以通过分析图案来测量。

许多潜在用途

研究人员说，另一个可能的应用是微流控设备，例如那些用于测试生物样本中的分子的设备，需要在表面上产生精确尺寸的微小通道。它们有可能被用作污染物传感器，或作为医疗诊断设备。另一个可能的用途是控制反射或表面的润湿性——使其吸引或排斥水，这些特性取决于表面形状和材料的化学成分。

这样的图案也可以用来使表面相互粘附——在这种情况下，粘附的程度也可以控制。“你可以动态地调整图案——在使用过程中，直接拉伸或其他驱动可以用来主动地调整图案和相应的属性，”博伊斯说，甚至可以让表面恢复到完美的平面。例如，这可以用于提供具有快速释放能力的安全粘结或主动改变反射率或润湿性。

许多技术已经被用于创建具有这种微小图案的表面，其尺寸从纳米(十亿分之一米)到几十微米(百万分之一米)不等。但大多数这种方法都需要复杂的制造过程，或者只能用于非常小的区域。

研究小组说，这种新方法非常简单(只包括两到三个步骤)，而且可以用来制作更大尺寸的有图案表面。“你不需要一个外部模板”来创建模式，尹说，该论文的第一作者。

研究小组成员说，结果模式的可预测性让人大吃一惊。“令人惊奇的事情之一是注意到实验和模拟的完美匹配，”格里森说。

哈佛大学工程和应用力学教授约翰·哈钦森(John Hutchinson)没有参与这项研究，他说:“褶皱现象是高度非线性的，关于图案形成的问题的答案出现得很慢。”他说，麻省理工学院团队的工作“是在这个活跃的研究领域向前迈出的重要一步，它连接了化学和机械工程社区。这一进步基于理论见解，结合实验演示和数值模拟——它涵盖了所有基础。”

这项工作是由沙特阿拉伯法赫德国王石油矿产大学资助的。