力學所在薄膜的界面剝離研究中獲進展

　　柔性薄膜作為性能優異的基底材料，被廣泛應用于納微系統、柔性電子、軟體機器人和生物醫學設備等新興應用領域。隨著薄膜厚度趨于微/納米尺度，實現薄膜簡單、無損的界面剝離已成為實際應用中的最大挑戰之一。近日，中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室趙亞溥研究團隊在薄膜的界面剝離研究中取得重要進展，提出了薄膜的電毛細剝離方法（Electro-capillary peeling，ECP）。該方法利用電場誘導電解質溶液在薄膜-基底緊密結合的界面結合層中均勻對稱擴展，將薄膜-基底從“固-固”結合形式轉化為“固-液”結合形式，實現薄膜從附著基底表面的超低應變剝離。10月3日，相關研究成果以Electro-capillary peeling of thin films為題，在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

　　本工作利用自行搭建的力-電耦合跨尺度實驗平臺研究了薄膜的電毛細剝離過程。研究發現：薄膜與基底黏附邊界處的電解質溶液在垂直電場（0.1-4.5 V）的作用下會滲入薄膜與基底緊密結合的界面層中，并在該界面層中均勻、對稱地擴展（圖1）。在電場不變時，電解質溶液向前擴展的速率基本恒定，直至實現薄膜從黏附基底的完全剝離。研究證明，一滴20 μL的電解質液滴可實現半徑約3 cm PDMS薄膜的剝離。

　　為了進一步探討電毛細剝離方法的實用性，該工作系統研究了不同電場特性、溶液電性、薄膜屬性（厚度和彈性模量）及薄膜類型下的電毛細剝離過程。實驗結果發現，電毛細剝離方法可剝離多種類型的薄膜（如水凝膠、PDMS、PEN和PET等）以及適用于不同的電解質溶液（如酸、堿、中性水溶液及有機溶液等），其剝離效率受施加電壓、溶液電性、薄膜厚度、彈性模量及類型的影響，具有電場主動調控的特性（圖2、3）。

　　同時，該工作結合彈性理論分析了力-電場下固-液間的相互作用，建立了電毛細剝離行為的理論模型。模型預測的電壓、溶液電性及薄膜屬性對電毛細剝離效率的影響規律與實驗結果吻合（圖4），為精確調控電毛細剝離行為提供了理論支撐。此外，電毛細剝離過程的薄膜變形顯示，薄膜通過電毛細剝離方法剝離時變形極小 （應變僅為3.32‰），這意味著電毛細剝離方法的應用可以很好的保護薄膜及其表面的元器件（圖5）。電毛細剝離方法為微/納米薄膜的剝離提供了新思路，并為柔性薄膜的分離、轉印及重復利用提供了新途徑。