起皱中的线缺陷控制:走向分层起皱结构的途径。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:51
文章英文标题
Controlling line defects in wrinkling: a pathway towards hierarchical wrinkling structures.
正文
我们展示了一种通过对弹性体表面进行图形化等离子体处理来控制微观起皱组织中线缺陷形成的新方法。聚二甲基硅氧烷( PDMS )表面在单轴拉伸和随后的松弛作用下,暴露在低压等离子体中形成皱纹。起皱波长λ可以通过处理时间和等离子体处理气体( H2,N2 )的选择来调节。序贯掩蔽允许在微米尺度上改变这些参数。因此,起皱波长的突变成为可能,并导致线缺陷位于不同波长区域之间的边界区域。利用原子力显微镜研究了各自区域的波长、形貌和力学性能,定量地与褶皱形成分析模型的预测一致。值得注意的是,该方法首次允许实现波长急剧变化,可达7倍,以控制分支区域的位置。这允许具有固定但同时具有严格交替分支行为的结构。将分支区内部的形貌与有限元方法进行比较,显示半定量吻合。因此,我们的发现为“编程”层次化起皱模式开辟了新的视角,具有潜在的光学、摩擦学和仿生结构表面的应用。
文章内容(英文)
We demonstrate a novel approach for controlling the line defect formation in microscopic wrinkling structures by patterned plasma treatment of elastomeric surfaces. Wrinkles were formed on polydimethylsiloxane (PDMS) surfaces exposed to low-pressure plasma under uniaxial stretching and subsequent relaxation. The wrinkling wavelength λ can be regulated via the treatment time and choice of plasma process gases (H2, N2). Sequential masking allows for changing these parameters on micron-scale dimensions. Thus, abrupt changes of the wrinkling wavelength become feasible and result in line defects located at the boundary zone between areas of different wavelengths. Wavelengths, morphology, and mechanical properties of the respective areas are investigated by Atomic Force Microscopy and agree quantitatively with predictions of analytical models for wrinkle formation. Notably, the approach allows for the first time the realization of a dramatic wavelength change up to a factor of 7 to control the location of the branching zone. This allows structures with a fixed but also with a strictly alternating branching behavior. The morphology inside the branching zone is compared with finite element methods and shows semi-quantitative agreement. Thus our finding opens new perspectives for \"programming\" hierarchical wrinkling patterns with potential applications in optics, tribology, and biomimetic structuring of surfaces.
来源出处
Journal|[J]Soft Matter2021.
DOI
https://doi.org/10.1039/D0SM02231D

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