【摘 要】
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表面起皱是一种在自然界及人类生活中都十分常见的现象,表面褶皱可以广泛应用于薄膜材料的物理性质表征、光栅及柔性电子器件等诸多领域。若能经由外界刺激实现对表面褶皱形貌的调控,褶皱形貌上的变化进一步影响到材料表面黏附性、润湿性和光学等性能,则在光学、电子学、医学以及智能传感等领域会有更大的应用潜力,因此在材料表面构建能对外界刺激产生响应的智能动态的微纳褶皱图案十分具有研究价值和意义。本论文基于PMMA/
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表面起皱是一种在自然界及人类生活中都十分常见的现象,表面褶皱可以广泛应用于薄膜材料的物理性质表征、光栅及柔性电子器件等诸多领域。若能经由外界刺激实现对表面褶皱形貌的调控,褶皱形貌上的变化进一步影响到材料表面黏附性、润湿性和光学等性能,则在光学、电子学、医学以及智能传感等领域会有更大的应用潜力,因此在材料表面构建能对外界刺激产生响应的智能动态的微纳褶皱图案十分具有研究价值和意义。本论文基于PMMA/PDMS膜基复合系统制备了可以对温度、紫外光照双重刺激产生响应的褶皱结构。研究了制备过程中的参数调控对褶皱形貌的影响、褶皱对双重刺激的响应行为及机理、褶皱结构在光扩散器及电化学传感器上的应用。具体的研究内容如下:（1）通过在PDMS弹性体基底上旋涂PMMA刚性薄膜以构筑膜/基系统,再利用热诱导的方式引起PMMA/PDMS系统表面得到了无序的迷宫形的褶皱结构。褶皱结构的波长和振幅可以由PMMA膜厚、PDMS主剂/固化剂配比、加热温度三个参数精确调控。在温度和紫外光照的刺激下,褶皱结构的波长基本保持不变,振幅随着刺激发生变化,且在温度刺激下褶皱形貌的变化是动态可逆的,在经历25次加热/冷却循环后,褶皱结构的振幅、波长基本保持不变。褶皱结构形貌的变化会影响其光学性质,温度刺激下的褶皱样品能完成从模糊到透明的可逆循环,因此实现了智能视窗上的应用。（2）PMMA和PDMS均有着90%以上的透光率,且表面褶皱结构对光线有折射作用,因此将双重刺激响应型PMMA/PDMS表面褶皱结构应用于光扩散器。利用平面几何光学分析了基于褶皱结构的可调光扩散器的光扩散机制,并在实验中探究了不同大小褶皱结构、温度和紫外光照刺激对光扩散效果的调控作用。不同大小褶皱样品得到的扩散光斑的面积的变化范围在185.6 cm~2到537.4 cm~2之间。在温度刺激下,扩散光斑的面积比由室温（25±2℃）状态下的38%减小到经90℃加热10 s后的1.7%,冷却过程中,扩散光斑的面积比从经90℃加热10 s后的1.7%增加到冷却180 s后的34%。在紫外光照刺激下,扩散光斑的面积比从未经光照时的35%减小到紫外光照400 s后的5%。（3）褶皱结构有大的比表面积,应用于电化学传感器中能得到更大的电化学活性面积和工作电极表面更多的电化学活性位点。通过在PMMA/PDMS表面褶皱结构上集成Ti/Cu/Ag薄膜制备了无酶H2O2电化学传感器。在H2O2浓度为5m M的PBS溶液里,与无褶皱结构的平坦电极相比,褶皱电极的还原峰电流密度高出了0.49 m A·cm-2,基于褶皱电极的无酶H2O2电化学传感器的灵敏度为0.2026 m A·m M-1·cm-2,检测极限为0.2299 m M/L（信噪比为3:1）,线性度为0.9997,响应时间在4 s以内。
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