微尺度3D打印結合二次翻模形成的微柱在磁場作用下實現定向可控變形

北京理工大學宇航學院的陳少華教授課題組柴澤博士，近日在知名期刊《Soft Matter》發表了一篇高質量文章“Controllabledirectional deformation of micro-pillars actuated by a magnetic field”。研究人員在實驗過程中使用了深圳摩方材料科技有限公司微尺度3D打印設備S140，該設備具有10um精度的分辨率，94*52*45mm大小的三維加工尺寸。基於該設備加工了陣列的微柱結構，通過PDMS二次倒模形成含有磁性顆粒的PDMS微柱陣列，通過磁場控制來研究微柱變形，進而研究可逆粘附、可控潤濕性和方向性表面輸運等特殊功能性表面的設計和研究。

填充磁性顆粒的柔性微柱陣列的製備工藝如圖（a）所示，先通過深圳摩方（BMF）10μm精度的微立體光固化3D打印機S140打印出微米級別的微柱陣列，再倒模出純PDMS孔洞模具，最後二次倒模獲得含有磁性顆粒的PDMS微柱陣列；（b）PDMS模具的SEM圖像，該模具的孔的大小與3D打印的微柱的大小相同；（cd）從頂視圖（c）和側視圖（d）觀察的磁性顆粒填充的微柱陣列的SEM圖像；（e）單根微柱；（f）夾角為90°時，永磁鐵和微柱陣列表面之間具有不同距離的微柱變形形態；（g）距離一定時，磁體圍繞固定微柱樣品以半圓形旋轉，微柱的變形形態。

眾所周知，可以通過改變微結構表面的形貌來設計特殊的表面功能。本文提出了一種通過旋轉磁場控制微柱陣列方向變形的簡單有效的方法。每個微柱的大變形可以通過磁場強度和方向來調整。當磁場強度固定時，微柱的變形方向由磁場方向控制。當確定磁場方向時，微柱的撓度隨磁場強度的增加而增加。根據最小勢能原理，進一步建立了揭示微柱大變形機理的理論模型。從理論上預測變形柱的形態與實驗結果非常吻合。目前的實驗技術和理論結果有利於典型功能性表面的設計和製備。例如，通過外場精準控製表面微結構的變形，實現目標表面界面粘附性和液體浸潤性的可連續性調控，以及呈現梯度變化。為實現仿生壁虎腳設計，微納器件轉印，生物醫學微液滴混合及方向性輸運等提供技術支持。