利用飛秒激光雙光子加工的三維靈活特性與溫度水凝膠

毛細(xì)力引起的結(jié)構(gòu)組裝是一個(gè)常見現(xiàn)象。在日常生活中，如沾水的頭發(fā)、浸墨的毛筆會(huì)聚攏在一起；在微納結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，固液界面毛細(xì)力引起的結(jié)構(gòu)粘附同樣廣泛存在。由于微結(jié)構(gòu)彈性力與接觸粘附力隨尺寸變化速度不一致，組裝結(jié)構(gòu)的粘附力往往大于結(jié)構(gòu)彈性力，造成微結(jié)構(gòu)毛細(xì)力組裝行為的不可逆。

在微納加工工藝（如光刻）中，毛細(xì)力引起的結(jié)構(gòu)坍塌或組裝往往會(huì)造成結(jié)構(gòu)缺陷。實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)毛細(xì)力自組裝的可逆調(diào)控不僅可以拓寬毛細(xì)力自組裝制備方法的應(yīng)用場景，還可以為毛細(xì)力引起的微納器件缺陷修復(fù)等提供新的思路。

圖1 溫度水凝膠的各向異性彎曲。（a）飛秒激光加工系統(tǒng)；（b）溫度調(diào)控水凝膠材料結(jié)構(gòu)的各向異性設(shè)計(jì)及溫控變形原理；（c）溫度響應(yīng)水凝膠材料掃描步距與相對(duì)膨脹率曲線；（d）激光掃描差異區(qū)域的比例對(duì)微結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響曲線

利用溫度響應(yīng)水凝膠在高溫下的顯著收縮特性，制備了具有可逆組裝特性的微機(jī)械手。如圖3所示，在溶液溫度（T₂）低于材料變形臨界溫度（T_C）時(shí)，微柱結(jié)構(gòu)會(huì)朝內(nèi)略微彎曲，利用此現(xiàn)象可以對(duì)物體進(jìn)行篩選。通過溶液揮發(fā)并借助毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)自組裝能夠?qū)崿F(xiàn)抓手閉合，捕獲目標(biāo)物體。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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