Research Abstract


Hierarchical Nested Wrinkles on Silica−Polymer Hybrid Films: Stimuli-Responsive Micro Periodic Surface Architectures

2012年9月21日 Scientific Reports 2 : 683 doi: 10.1038/srep00683

階層的な褶曲構造を持つ表面での刺激応答は、先端的なろ過、触媒反応、センシングといった用途に必要とされている。階層的表面褶曲構造は従来のプロセスで形成可能であるが、刺激応答性の発現はこれまでに例がなく、褶曲構造の潜在的マルチスケール機能に限りがあった。今回我々は、精密に制御された光重合とゾル–ゲル縮合反応を通して、シリカ–ポリマーハイブリッド膜に刺激応答性表面階層構造を形成できる新しいプロセスを実証している。均一なハイブリッド前駆体膜の表面をUV光で励起すると、二重の周期性を持つマイクロスケールの褶曲構造が形成される。制御可能な周期長(個々のサイズスケールは10μm未満と23 μm超)を持つ階層的入れ子状褶曲(NW: Nested Wrinkles)構造は、周囲の湿度変化に伴い形状記憶効果を示す。さらに、異なる周期の褶曲構造の応答を、それぞれ独立に制御することも可能である。我々は、1つの応用例として、マイクロメートルサイズの粒子をサイズ選択的に吸脱する活性表面としてNWが機能することを実証している。

徳留 靖明1*, 鈴木 一正1, 北永 卓也1 & 髙橋 雅英1*

  1. 大阪府立大学 大学院工学研究科 ナノテク基盤材料研究グループ
    *本研究は、徳留 靖明、高橋 雅英の2研究者が同等に貢献した成果として論文発表しています。
Stimuli-response on hierarchically-structured surface wrinkles is required for advanced filtration, catalysis and sensing applications. Although conventional processes can form hierarchical surface wrinkles, incorporation of stimuli-responsive features has not been achieved, limiting the potential multi-scale functionality of wrinkles. Here, we demonstrate a novel process that can fabricate stimuli-responsive surface hierarchical structures on silica−polymer hybrid films through precisely controlled UV-polymerization and sol-gel condensation. Starting from uniform hybrid films, UV excitation of the film surface triggers the formation of micrometre-scale wrinkles with dual periodicity. Hierarchical nested wrinkle (NW) structures with controllable periodic lengths at discrete size scales of < 10 µm and > 23 µm show a shape-memory effect with changes in the surrounding humidity. Moreover, the individual responses of wrinkles with different periodicities can be controlled independently. As a proof-of-concept application, we demonstrate that the NW structures are an active size-selective adsorption/release surface for micrometre-sized particles.