中科院化学所研究人员破解二维泡沫演化百年难题

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2月22日,记者从中国科学院化学研究所获悉,该所中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室研究员宋延林课题组科研人员对泡沫演变过程进行了有效调控,解决了困扰该领域科学家百余年来的科学难题。该研究成果发表在近期出版的《自然—通讯》(Nat. Commun.)杂志上。

泡沫具有高比表面积、可压缩性、声波控制、光学衍射和散射等特殊性能,并同时具有固体和液体的力学性质,是一个不稳定的体系。“大的更大、小的更小”是人们对泡沫的普遍印象。这类似于丛林法则的“弱肉强食”现象,被科学家们成为“奥斯瓦尔德熟化”机制。上百年来,这一机制成为人们研究并利用泡沫的难题。

近年来,宋延林课题组在纳米材料印刷及图案化领域开展了系统研究。他们在固体表面打印和构造了精确可控的三维微米结构,突破传统印刷技术的精度极限,实现了微纳米尺度精细图案的印刷及纳米功能材料的可控组装,并发展了在印刷电子及可穿戴器件领域的应用。

在此基础上,研究人员发现,这种带有微米结构的模板可以用于调控二维泡沫的演化。在泡沫中的气泡生长演变过程中,微米结构能调控气泡的表面曲率半径,使其不再随体积增大而增大,甚至还出现随体积增大而减小的情形。“这样,泡沫的演变由原来的‘弱肉强食’变成了‘限富济贫’的模式,正是‘反奥斯瓦尔德熟化’的模式。”研究人员表示。

同时,他们还通过改变微结构的几何排列,调控泡沫演变成所设定的图案,从而实现二维泡沫演化的“可编程性”。据了解,图案化的二维气泡有望在透明电极等光电器件上应用。

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责任编辑: 闫月

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