中科院化學所研究人員破解二維泡沫演化百年難題

近日，記者從中國科學院化學研究所獲悉，該所中國科學院化學研究所綠色印刷重點實驗室宋延林課題組科研人員對泡沫演變過程進行了有效調控，解決了困擾該領域科學家百余年來的科學難題。該研究成果發表在近期出版的 《自然—通訊》雜志上。

泡沫具有高比表面積、可壓縮性、聲波控制、光學衍射和散射等特殊性能，并同時具有固體和液體的力學性質，是一個不穩定的體系。“大的更大、小的更小”是人們對泡沫的普遍印象。這類似于叢林法則的“弱肉強食”現象，被科學家們稱為“奧斯瓦爾德熟化”機制。上百年來，這一機制成為人們研究并利用泡沫的難題。

近年來，宋延林課題組在納米材料印刷及圖案化領域開展了系統研究。他們在固體表面打印和構造了精確可控的三維微米結構，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，并發展了在印刷電子及可穿戴器件領域的應用。

在此基礎上，研究人員發現，這種帶有微米結構的模板可以用于調控二維泡沫的演化。在泡沫中的氣泡生長演變過程中，微米結構能調控氣泡的表面曲率半徑，使其不再隨體積增大而增大，甚至還出現了隨體積增大而減小的情形。“這樣，泡沫的演變由原來的‘弱肉強食變成了‘限富濟貧的模式，正是‘反奧斯瓦爾德熟化的模式。”研究人員表示。

同時，他們還通過改變微結構的幾何排列，調控泡沫演變成所設定的圖案，從而實現二維泡沫演化的“可編程性”。據了解，圖案化的二維氣泡有望在透明電極等光電器件上應用。