一种制造微结构表面的新方法

一组研究人员创造了一种制造具有新颖三维纹理的微结构表面的新方法。这些由碳纳米管自组装而成的表面，可以表现出各种有用的特性——包括可控的机械刚度和强度，或者在某个方向上排斥水的能力。

麻省理工学院机械工程三井职业发展副教授a . John Hart说:“我们已经证明，机械力可以用来指导纳米结构形成复杂的三维微结构，我们可以独立控制……微结构的机械性能。”他是一篇论文的高级作者，该论文在杂志上描述了这项新技术自然通讯．

这项技术的原理是诱导碳纳米管在生长过程中弯曲。这种机制类似于双金属条的弯曲，在旧的恒温器中用作控制，当它变暖时:一种材料比另一种材料膨胀得更快。但在这种新工艺中，材料在发生化学反应时发生弯曲。

该过程首先在基材上打印两种图案:一种是碳纳米管催化剂;第二种材料可以改变纳米管的生长速度。通过抵消这两种模式，研究人员发现纳米管在伸展时弯曲成可预测的形状。

哈特说:“我们可以指定这些简单的二维指令，并使纳米管在三维空间中形成复杂的形状。”哈特解释说，在以不同速度生长的纳米管相邻的地方，“它们相互推动和拉动”，产生更复杂的形式。“这是一种利用力学来控制纳米结构材料生长的新原理，”他说。

哈特说，很少有高通量的制造工艺可以在创建三维结构方面实现这样的灵活性。他补充说，这项技术很有吸引力，因为它可以用来同时创建大面积的结构;每个结构的形状可以通过设计起始模式来指定。哈特说，该技术还可以通过在碳纳米管生长后将各种涂层附着到碳纳米管上，从而实现对其他特性的控制，如电导率、导热率和化学反应性。

哈特说:“如果在生长过程结束后对结构进行涂层处理，就可以巧妙地修改它们的性能。”例如，使用一种称为原子层沉积的方法，在纳米管上涂上陶瓷，可以控制结构的机械性能。Hart解释说:“当一层厚涂层被沉积时，我们就会得到一个相对于密度而言具有特殊刚度、强度和韧性的表面。”“当一层薄涂层沉积时，结构非常灵活和有弹性。”

哈特说，这种方法还可以“高保真地复制某些动植物皮肤上发现的复杂结构”，并有可能大规模生产具有特殊特征的表面，比如一些昆虫的防水和粘附能力。Hart说:“我们感兴趣的是使用可扩展的制造技术来控制这些基本属性。”

哈特说，这种表面具有碳纳米管的耐用性，可以让它们在恶劣的环境中生存，并且可以连接到电子设备，作为机械或化学信号的传感器。

除了哈特，该研究团队还包括剑桥大学的迈克尔·德·沃尔德;来自密歇根大学的访问博士生Sei Jin Park;以及曾在麻省理工学院做博士后的萨迈·陶菲克(Sameh Tawfick)，他现在就职于伊利诺伊大学香槟分校。这项工作得到了欧洲研究委员会、国防高级研究计划局和空军科学研究办公室的支持。

麻省理工学院

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