近日，我室邹秋顺副教授（第一作者）、沈祥研究员（通讯作者） 在ACS Applied Nano Materials (IF=5.3) 期刊上发表了题为“Strain Amplification Strategy for the Regulation of 2D and 3D Optical Micro/Nanostructures”的论文，链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.4c04748

       随着应用需求的增加和加工技术的深入发展，微纳结构设计和先进制备技术朝向三维空间扩展已成为必然趋势，近年来备受关注。目前的研究主要集中在设计、制备和应用二维微纳米结构和百微米量级三维结构。结合柔性衬底的二维等离子体纳米结构为实现光学特性的实时调节提供了一种可靠的方法。三维纳米结构作为一种新型的人工复杂结构，在光学、声学、力学、柔性电子等领域有着广阔的应用前景。二维前驱体诱导三维纳米结构转化的内部或外部触发机制为三维微纳米结构的研究和应用提供了坚实的基础。然而，前驱体中约束块的作用和相关研究当下还比较浅显，严重制约了其发展。本文提出并验证了柔性衬底上成对约束块间存在应变放大效应（如图1a），并将其应用于动态调控二维/三维微纳光子结构及其光学特性。

图1.(a)应变放大策略原理图。二维前驱体在银膜辅助下转移到已被预拉伸的PDMS上后，在去除辅助银膜后释放，实现由二维到三维的形状转换。(b)银膜辅助转移技术的工艺流程图。

       因柔性衬底上约束块限制作用，是的其间的应变得到极大增强，该现象可通过有限元法（FEM）分析；实验上可通过金光栅在不同约束条件下的间隙变化进行验证。成对约束块间应变增量Δε主要来源于PDMS基底对约束块的限制。通过设计约束块的形状可以准确地控制应变放大效应，从而为动态调控二维/三维微纳光子结构及其光学学性能提供了新的策略。如图2所示，这里以金光栅为例探讨了成对约束块对其间隙的调控，从实验上验证了应变放大效应可应用增强对金光栅的动态调控。

图2. 金光栅的应变放大效应；(a)不同长度约束块下金光栅SEM图, (b) 金光栅之间的初始间隙为625nm。约束块长度L (c) 0 μm, (d) 20 μm, (e) 40 μm, (f) 60 μm下PDMS释放相应预应变后光栅SEM图。(g)金栅间隙g随PDMS预应变ε的变化关系。

       同时，该策略也可调节三维微纳光子结构。如图3所示，通过调整对称约束块的长度，在释放预拉伸后，进而更准确的调节和预见三维纳米金字塔高度，且约束块长度更为关键，其中长度越大，其应变增强调控效果越显著。研究结果表明：该应变放大效应为有源光学元件、柔性电子器件和集成电路的二维和三维纳米结构及其光学性能动态调控提供了新的策略。

图3.应变放大策略用于三维纳米金字塔调控。(a)在释放40%预应变后不同宽度约束块的三维纳米金字塔SEM图。(b)三维纳米金字塔高度随约束块宽度的变化关系 (c-d)三维纳米金字塔高度随约束块长度的变化关系。(e)相同约束块宽和预应变条件下，三维纳米金字塔高度随其长L的变化规律。