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  可重構結構廣泛應用于生物工程、軟體機器人和柔性電子等領域。在宏觀尺度，不同構型之間的轉變可在熱、濕度、光、電磁場等外界激勵下完成。將這類可重構結構擴展到亞微米尺度，將使其在納米光學、微型傳感器、微納機器人等領域的應用成為可能。在亞微米尺度，隨著結構表面積體積比的增加，表面間的范德瓦爾斯力將阻礙不同構型之間的切換，因此，提高材料剛度將有效增強結構的回復性能。然而，傳統的可重構材料，其橡膠態儲存模量多在千帕到10兆帕范圍以內。目前，能實現亞微米尺度可重構功能的高剛度高回復性能可重構材料依然缺乏。

 圖1. 高剛度可重構納米結構的設計，材料表征和制造

  針對這一挑戰，近期研究人員開發了一種高剛度形狀記憶聚合物。他們將丙烯酸（acrylic acid），2-羥基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯 （2-hydroxy-3-phenoxypropylacrylate）與二季戊四醇五/六丙烯酸酯(dipentaerythritol penta-/hexaacrylate)交聯聚合，獲得的形狀記憶聚合物在橡膠態和玻璃態分別具有大于90兆帕和5.2千兆帕的存儲模量。通過雙光子3D打印，該材料可加工出高寬比達到10的納米柱（圖1）。通過理論計算與實驗測試，他們實現了具有形狀記憶效應的高剛度納米柱在不同構型之間的切換，而傳統的低剛度納米柱因為范德瓦爾斯力的影響無法由接觸構型回復至原始構型（圖2）。他們通過這種高剛度納米柱實現了21150 dpi分辨率的可重構結構色顯示（圖3）和高分辨率全息成像（圖4），其獨特性能也可應用于納米光學領域的其他方向，例如動態可重構超表面、超透鏡、可調結構光束等。作者相信該工作可促進不同領域可重構器件的進一步小型化，具有巨大的潛在應用價值。

圖2. 高剛度和低剛度納米柱的回復性能研究

圖3. 高分辨率可重構結構色

圖4. 高分辨率可重構全息成像

  以上成果近期發表于美國化學學會（ACS）旗下期刊Nano Letters。文章第一作者為新加坡科技設計大學研究員張旺博士，通訊作者為新加坡科技設計大學高級研究員王浩博士和Joel Yang教授。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03007

  除此之外，Joel Yang教授課題組近年來在微納制造及微納光學領域取得了一系列研究成果，感興趣的讀者可前往課題組網站進一步了解交流。

  課題組鏈接：https://people.sutd.edu.sg/~joel_yang/

  下載：Stiff Shape Memory Polymers for High-Resolution Reconfigurable Nanophotonics