利用微流控層流實現(xiàn)多種先進(jìn)聚合物薄膜的可控制設(shè)備

微流控技術(shù)已在材料、化學(xué)、生物等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，可以在微通道中產(chǎn)生并控制液體層流。利用微流控層流，科學(xué)家實現(xiàn)了多種先進(jìn)聚合物薄膜的可控制備。這些聚合物薄膜對可穿戴設(shè)備、電子皮膚、柔性電池等新興領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。基于此，武漢理工大學(xué)張鵬超教授團(tuán)隊提出基于微流控層流的先進(jìn)聚合物薄膜制備新策略，旨在將微流控技術(shù)與材料、柔性電子等領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)先進(jìn)聚合物薄膜的發(fā)展及其在柔性電子等戰(zhàn)略新興領(lǐng)域中的應(yīng)用。相關(guān)研究成果以“Developing advanced polymer films based on microfluidic laminar flow”為題發(fā)表在Giant期刊上。

先進(jìn)聚合物薄膜是如可穿戴設(shè)備、電子皮膚、柔性電池等柔性電子器件的重要組成部分。而柔性電子器件的快速發(fā)展對先進(jìn)聚合物薄膜提出了越來越高的要求，如超薄、多層、異質(zhì)結(jié)構(gòu)等。然而，傳統(tǒng)方法無法有效構(gòu)筑這類先進(jìn)聚合物薄膜。因此，亟需發(fā)展一種聚合物薄膜制備新技術(shù)以滿足上述重大需求。微流控技術(shù)可以在微尺度上產(chǎn)生并控制液體層流，為先進(jìn)聚合物薄膜的發(fā)展及其規(guī)?；a(chǎn)提供了新的可能，這將促進(jìn)柔性電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

通過合理設(shè)計微流控通道，即可在微流控芯片中產(chǎn)生并在微米尺度上精準(zhǔn)操縱液體層流。在層流作用下，液體可以在微流控通道內(nèi)并行流動，即使多個互溶性流體平行交匯，相鄰流體之間也不會發(fā)生混合。通過固化或界面聚合的方式即可以將微流控層流轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M(jìn)聚合物薄膜。

圖1 利用微流控層流制備先進(jìn)聚合物薄膜策略示意圖

如圖1所示，將單個微通道內(nèi)的層流定義為單通道微流控層流。單通道微流控層流可以通過適當(dāng)?shù)某赡し椒ǎㄈ珉x子交聯(lián)、光聚合等）制備單層均質(zhì)或異質(zhì)聚合物薄膜（圖2）。重要的是，利用光聚合和合適的掩膜版，可以獲得圖案化聚合物薄膜。此外，通過調(diào)節(jié)微流控通道的厚度和寬度，可以很容易地調(diào)控聚合物薄膜的厚度和寬度。

圖2 利用單通道微流控層流制備聚合物薄膜

兩個或多個單通道微流控層流平行堆積可以形成雙通道或多通道微流控層流。雙通道微流控層流可以形成穩(wěn)定的液/液界面。因此，可以通過界面聚合制備聚合物薄膜。利用多通道微流控層流，流體在微通道內(nèi)不斷地分流-混合，可以形成連續(xù)的且互不干擾的濃度或組分梯度，通過固化層流可以制備異質(zhì)聚合物薄膜（圖3）。

圖3 利用多通道微流控層流制備異質(zhì)聚合物薄膜

此外，可以通過垂直組裝兩個或多個單通道微流控層流形成雙層或多層微流控層流。多層微流控層流固化后可獲得多層聚合物薄膜（圖4）。

圖4 利用多層微流控層流制備多層聚合物薄膜

利用可控的微流控層流，可以連續(xù)、簡便地大規(guī)模制備先進(jìn)聚合物薄膜。利用多通道、多層微流控層流技術(shù)可以制備異質(zhì)或多層的聚合物薄膜。但是，目前報道的利用微流控層流制備的聚合物薄膜多為水凝膠薄膜，而其他種類的聚合物薄膜的相關(guān)文獻(xiàn)報道較少。因此，利用微流控層流技術(shù)探索其他功能性先進(jìn)聚合物薄膜的開發(fā)和應(yīng)用是該領(lǐng)域未來研究的重點(diǎn)。

審核編輯：劉清