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(shí)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(duì)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)模化生產(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(jì)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(dòng)，即使多個(gè)互溶性流體平行交匯，相鄰流體之間也不會(huì)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(gè)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(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(bào)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(bào)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)。

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