流體圖案化及微型器件製備方面取得進展

許多基本的物理化學過程都發生在流體界面上。因兩相流體物理或化學性質的不一樣，在界面處會出現某些物理參數的突變而產生不少重要的物理化學過程，這幾乎涉及了化學、化工、材料、物理、生物等各學科領域。好比，在氣液界面上發生的蒸發、吸附、瑞利不穩定性、聲學共振等過程，對基於溶液的器件加工、表面自組裝、噴墨打印及氣泡聲學有重要的影響。在液液界面上發生的擴散、反應、粘性指進等過程，在化學合成、材料製備、工業採油等領域具備十分重要的應用。控制流體界面，有助於人們更好地理解、控制和利用這些重要的過程。然而，因爲流體界面的流動性和不穩定性，對其有效調控依然是一個難題。經過固體微結構造成固定化的流體界面，能夠爲觀察、識別和標記提供一個穩定的平臺，從而在不少研究領域具備更爲重要的意義，好比分子擴散機理研究、界面反應、傳感和檢測等。

在國家天然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所綠色印刷重點實驗室研究員宋延林課題組科研人員近年來在納米材料印刷及圖案化領域開展了深刻系統的研究。他們突破傳統印刷技術的精度極限，實現了微納米尺度精細圖案的印刷及納米功能材料的可控組裝（Adv. Mater. 2014, 26, 2501-2507；Adv. Mater. 2018, 30, 1703963），並發展了在印刷電子及可穿戴器件領域的應用（Adv. Mater. 2015, 27, 3928-3933；Adv. Mater. 2016, 28, 1369-1374）。同時使用微結構來調控氣液界面的演變，實現了對泡沫演變的可編程式的調控（Nat. Common. 2017, 8, 14110；Adv. Opt. Mater. 2017, 5, 1700751）。

在上述研究基礎上，他們利用微結構模板來調控不相容的流體界面造成圖案化。利用固體微結構調控流體間相互取代過程，他們提出了一種任意不相容流體界面間的流體圖案化技術（圖1）。結合理論分析，他們提出了微結構浸潤性和幾何結構的設計原則，並用於製備不一樣形貌的流體圖案，實現了流體間界面的可編程圖案化（圖2左）。這種以微流體技術爲基礎的對溶液的在微米和納升尺度的調控，在以溶液加工爲主體的器件製備技術中具備重要的應用。他們把流體圖案化技術與功能材料的蒸發組裝技術結合起來，實現了微型立體光電探測器的製備，顯示出了良好的光電響應性（圖2右）。該工做在發展微型器件的製備新方法方面具備重要的意義，其成果做爲前封面報道發表於近日的Adv. Mater. 2018, 1802172上。