中科院化學(xué)所研究人員破解二維泡沫演化百年難題

近日，記者從中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所獲悉，該所中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組科研人員對(duì)泡沫演變過(guò)程進(jìn)行了有效調(diào)控，解決了困擾該領(lǐng)域科學(xué)家百余年來(lái)的科學(xué)難題。該研究成果發(fā)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(xué)衍射和散射等特殊性能，并同時(shí)具有固體和液體的力學(xué)性質(zhì)，是一個(gè)不穩(wěn)定的體系。“大的更大、小的更小”是人們對(duì)泡沫的普遍印象。這類(lèi)似于叢林法則的“弱肉強(qiáng)食”現(xiàn)象，被科學(xué)家們稱(chēng)為“奧斯瓦爾德熟化”機(jī)制。上百年來(lái)，這一機(jī)制成為人們研究并利用泡沫的難題。

近年來(lái)，宋延林課題組在納米材料印刷及圖案化領(lǐng)域開(kāi)展了系統(tǒng)研究。他們?cè)诠腆w表面打印和構(gòu)造了精確可控的三維微米結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)印刷技術(shù)的精度極限，實(shí)現(xiàn)了微納米尺度精細(xì)圖案的印刷及納米功能材料的可控組裝，并發(fā)展了在印刷電子及可穿戴器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

在此基礎(chǔ)上，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種帶有微米結(jié)構(gòu)的模板可以用于調(diào)控二維泡沫的演化。在泡沫中的氣泡生長(zhǎng)演變過(guò)程中，微米結(jié)構(gòu)能調(diào)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(xiàn)了隨體積增大而減小的情形。“這樣，泡沫的演變由原來(lái)的‘弱肉強(qiáng)食變成了‘限富濟(jì)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(shí)，他們還通過(guò)改變微結(jié)構(gòu)的幾何排列，調(diào)控泡沫演變成所設(shè)定的圖案，從而實(shí)現(xiàn)二維泡沫演化的“可編程性”。據(jù)了解，圖案化的二維氣泡有望在透明電極等光電器件上應(yīng)用。