力学所在薄膜的界面剥离研究中获进展

　　柔性薄膜作为性能优异的基底材料，被广泛应用于纳微系统、柔性电子、软体机器人和生物医学设备等新兴应用领域。随着薄膜厚度趋于微/纳米尺度，实现薄膜简单、无损的界面剥离已成为实际应用中的最大挑战之一。近日，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室赵亚溥研究团队在薄膜的界面剥离研究中取得重要进展，提出了薄膜的电毛细剥离方法（Electro-capillary peeling，ECP）。该方法利用电场诱导电解质溶液在薄膜-基底紧密结合的界面结合层中均匀对称扩展，将薄膜-基底从“固-固”结合形式转化为“固-液”结合形式，实现薄膜从附着基底表面的超低应变剥离。10月3日，相关研究成果以Electro-capillary peeling of thin films为题，在线发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

　　本工作利用自行搭建的力-电耦合跨尺度实验平台研究了薄膜的电毛细剥离过程。研究发现：薄膜与基底黏附边界处的电解质溶液在垂直电场（0.1-4.5 V）的作用下会渗入薄膜与基底紧密结合的界面层中，并在该界面层中均匀、对称地扩展（图1）。在电场不变时，电解质溶液向前扩展的速率基本恒定，直至实现薄膜从黏附基底的完全剥离。研究证明，一滴20 μL的电解质液滴可实现半径约3 cm PDMS薄膜的剥离。

　　为了进一步探讨电毛细剥离方法的实用性，该工作系统研究了不同电场特性、溶液电性、薄膜属性（厚度和弹性模量）及薄膜类型下的电毛细剥离过程。实验结果发现，电毛细剥离方法可剥离多种类型的薄膜（如水凝胶、PDMS、PEN和PET等）以及适用于不同的电解质溶液（如酸、碱、中性水溶液及有机溶液等），其剥离效率受施加电压、溶液电性、薄膜厚度、弹性模量及类型的影响，具有电场主动调控的特性（图2、3）。

　　同时，该工作结合弹性理论分析了力-电场下固-液间的相互作用，建立了电毛细剥离行为的理论模型。模型预测的电压、溶液电性及薄膜属性对电毛细剥离效率的影响规律与实验结果吻合（图4），为精确调控电毛细剥离行为提供了理论支撑。此外，电毛细剥离过程的薄膜变形显示，薄膜通过电毛细剥离方法剥离时变形极小 （应变仅为3.32‰），这意味着电毛细剥离方法的应用可以很好的保护薄膜及其表面的元器件（图5）。电毛细剥离方法为微/纳米薄膜的剥离提供了新思路，并为柔性薄膜的分离、转印及重复利用提供了新途径。