인조 표면의 마이크로 나노 구조의 설계와 응용은 지난 수십 년 동안 많은 주목을 받았다.전통적인 광각이나 템플릿 전략은 정밀도가 높고 중복성이 좋은 등 장점이 있지만 설비가 특수하고 원가가 높으며 효율이 낮은 등 고유한 한계도 존재한다.이에 비해 응력 구동 표면의 불안정한 자체 조립 방법을 바탕으로 비용이 낮고 효율이 높으며 신뢰할 수 있는 대체 경로를 제공하여 전통적인 광각 도구와 마스크 없이 대면적의 질서 있는 마이크로 나노 구조를 빠르게 생성할 수 있다.그러나 기존 방법으로 생성된 주름 구조는 일반적으로 형태가 단일하고 표면에 균일하게 분포되어 있어 단일 샘플에서 큰 척도의 다중 모드 조절을 실현하기 어렵다.그러므로 항주전자과학기술대학 호량교수팀과 중국과학기술대학 예용교수팀은 3축기계적재를 가하여 통제할수 있는 다모식주름을 제조하는 간편하고 능률적인 방법을 제기하였다.

본 연구는 맞춤형 설계의 3축(협각 120 °) 스트레칭 장치를 사용하여 삼각형 유연성 기저(예를 들어 PDMS, Ecoflex)에 균일한 예비응변을 가한 후 자기 제어 사출이나 자외선 오존(UVO) 표면 변성 등의 기술을 이용하여 미리 스트레칭된 기저에 강성 표면층을 형성한다.세 축의 예비 응변을 동시에 방출함으로써 박막의 압축이 안정되지 않도록 유도하여 주름 구조를 형성한다 (그림 1).더 나아가 광학 현미경과 원자력 현미경 (AFM) 을 이용하여 주름의 형상, 사이즈 및 위치에 따른 진화 법칙 (구석에서 대변까지) 을 체계적으로 표징하였다 (그림 2). 또한 유한원 시뮬레이션 및 이론 분석을 결합하여 삼각형 박막의 3축 압축에서의 응력 분포 특징 (그림 3).

그림 1 3축 변형에 따른 다중 주름의 제조

그림 2 두 가지 서로 다른 박막 시스템이 서로 다른 위치(구석, 가장자리와 중심)에 있는 주름 형태

그림 3 유한원 분석 결과

실험 결과 주름 형태는 뚜렷한 위치 의존성을 보였다. 샘플 구석의 직선 줄무늬 모양 주름에서 중심 영역의 미로 모양 주름으로 점차 진화해 결국 가장자리 부근에서 물결 모양 주름으로 바뀌었다(그림 4).주름의 파장과 진폭은 모두 박막의 두께가 증가함에 따라 근사선성이 커지지만 그 기본모식특징은 변하지 않는다.유한원 시뮬레이션은 이러한 다중 패턴 분포가 세 축에 탑재된 박막 내부의 응력 각 방향 이성이 위치에 따라 연속적으로 변화하는 데서 비롯된다는 것을 증명한다.기능 성능 테스트는 더 나아가 다양한 패턴의 주름이 독특한 응용 잠재력을 보여준다는 것을 보여준다: 줄무늬와 파문 주름의 마찰력은 강한 각방향 이성을 나타낸다 (그림 5), 미로 주름의 마찰력은 각방향 동성을 나타낸다 (그림 6).이와 동시에 부동한 위치의 주름은 확연히 다른 레이자연사도안을 산생하였으며 이런 광학성능은 기계응변을 통해 가역적이고 안정적으로 조절할수 있다.이러한 결과는 세 축의 임기응변으로 제조된 다중모드 주름을 이용하여 스마트 표면 공정과 튜닝 가능한 부품 분야에서 중요한 응용 잠재력을 갖추고 있음을 함께 보여준다 (그림 7).

그림 4 다중모드 주름의 위치 의존성

그림 5 스트라이프 주름의 마찰 특성

그림 6 미로형과 물결형 주름의 마찰 특성

그림 7 다중모드 주름의 광학적 특성

요약하면, 본 연구는 플렉시블 필름 시스템에서 제어 가능한 다중 모드 주름을 만드는 데 사용되는 세 축 변형 로딩에 기반한 간편한 방법을 개발했습니다.이 방법의 핵심우세는 그 단순성, 고효률성과 보편성에 있으며 복잡한 광각이나 템플릿과정이 필요 없으며 스트레칭가능한 전자학, 탄성광학, 표면공정, 생체모방부품 등 분야에서 광활한 응용전망을 갖고있다.현재 방법은 2차원 평면 기저에서 실현된다.그러나 많은 실제 응용 장면 (예를 들어 웨어러블 기기, 로봇 관절) 은 복잡한 3차원 곡면과 관련되어 있는데, 어떻게 이런 3축 로드 전략을 곡면에 적합하게 하고 그 주름 패턴을 예측할 수 있는지는 더욱 깊이 연구할 수 있다.