湯 超，陳花玲，李 博，劉學(xué)婧

(1西安交通大學(xué) 機械工程學(xué)院，西安 710049；2西安交通大學(xué) 機械結(jié)構(gòu)強度與振動國家重點實驗室，西安 710049；3西安交通大學(xué) 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室，西安 710049)

在自然界，很少有生物體的表面是光滑平整的，絕大多數(shù)生物表面都具有高低不平的表面形貌。在日常生活中，類似于褶皺、壓痕、凸起等不同表面形貌也隨處可見，例如：長期浸泡在水中的手指表面，懸掛在天花板上的落地窗簾，植物果實表面的棱角等等，從大自然到日常生活，形形色色的表面形貌無處不在[1-6]。自然界不同生物體各種各樣的表面形貌具有不同的特殊功能，例如：荷葉表面的清潔功能、含羞草葉子的感知功能、壁虎腳趾的吸附功能、鯊魚皮膚的減阻功能等[7]。近年來，這些不同表面形貌特性及其特殊功能的產(chǎn)生機理及調(diào)控方法被大量分析與研究，并在眾多工程領(lǐng)域得到應(yīng)用[8-13]。

由于橡膠、聚合物凝膠等軟材料制備簡單，且施加不同的外界激勵也可以得到不同的表面形貌，因此，利用軟材料的大變形特性產(chǎn)生不同表面形貌進而加以利用吸引了越來越多的學(xué)者關(guān)注[14-23]。本文主要介紹基于不同機理的軟材料表面形貌的產(chǎn)生方法，并對不同表面形貌在工程上的應(yīng)用進展進行評述，為后續(xù)軟材料表面形貌的潛在應(yīng)用開發(fā)提供借鑒。

1 軟材料表面形貌調(diào)控方法

生物體不同表面形貌的形成主要是因為其表層往往是由彈性模量不同的組織材料復(fù)合而成，生長時根據(jù)材料力學(xué)特性在不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)型[24]下形成了各種各樣的表面形貌。同生物體類似，軟材料表面不同形貌的形成主要是不同彈性模量的軟硬多層材料在外界激勵(機械力、濕度、溫度、pH值、電場、磁場、化學(xué)處理等)下，軟材料會產(chǎn)生較大的變形，而較硬的材料會限制軟材料的大變形。通過合理設(shè)計軟硬材料的彈性模量組合以及合理調(diào)控激勵條件的施加順序、作用時間等，就可以得到預(yù)定的表面形貌[25-27]。軟材料的典型表面形貌主要分為三種類型：褶皺(wrinkling)、折疊(folding)和折痕(creasing)，如圖1所示。褶皺是指材料表面高低起伏的波浪狀圖形，往往具有周期性；折疊是指材料表面局部的凹陷圖形；折痕指材料表面形成的裂縫等山脊?fàn)顖D形。這三種表面形貌較為常見，其余的還包括屈曲(buckling)、卷皺(crumpling)等[28-29]。本文主要介紹幾種應(yīng)用較廣的軟材料表面不同形貌的產(chǎn)生方法。

圖1 三種典型的表面形貌[25](a)褶皺；(b)折疊；(c)折痕Fig.1 Schematic of three types of surface morphology[25](a)wrinkling;(b)folding;(c)creasing

1.1 預(yù)拉伸方法

對軟材料進行預(yù)拉伸然后進行表面處理(氧等離子體處理、紫外光臭氧處理、化學(xué)沉積等[30-35])是應(yīng)用最多的一種產(chǎn)生不同表面形貌的方法。所采用的軟材料多為PDMS(聚二甲基硅氧烷)，具體過程是將X-Y方向預(yù)拉伸后的PDMS進行表面處理，使其表面形成一層硬質(zhì)的氧化層，然后將預(yù)拉伸的PDMS釋放，由于軟硬材料彈性模型的不同會在其界面處產(chǎn)生一定的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過一定的臨界限值，材料表面將會產(chǎn)生波浪狀的褶皺。根據(jù)預(yù)拉伸力的大小、表面處理得到氧化層的厚度以及PDMS釋放時順序不同可以得到不同的表面形貌。其制作流程如圖2(a)所示[36]。圖2(b)為交替的雙軸拉伸松弛形成的人字形圖案，即Y軸先拉伸然后X軸再拉伸先松弛X軸再松弛Y軸，圖2(c)為同時雙向拉伸松弛PDMS形成的無規(guī)則皺紋。

圖2 機械拉伸釋放并經(jīng)氧化處理形成的褶皺[36] (a)制作流程；(b)交替拉伸釋放；(c)同時拉伸釋放Fig.2 Mechanical stretching/release-induced wrinkling from oxygen plasma-treated PDMS[36] (a)production process;(b)the strains applied and relieved were sequential;(c)the stretching and releasing simultaneously in both directions

傳統(tǒng)的機械拉伸方法需要復(fù)雜的機械構(gòu)件和夾具，在工程應(yīng)用中受到限制，且其表面形貌一旦形成只具有固定的形式。最近十幾年來，一種基于智能材料與結(jié)構(gòu)的“軟機械”由于可以根據(jù)不同需要主動變形形成不同的表面形貌，因而具有更加靈活與廣闊的應(yīng)用前景[37-42]。電活性聚合物是軟機械結(jié)構(gòu)的核心材料，根據(jù)換能機制的不同，電活性聚合物材料可以分為離子型和電子型兩類[43]。其中介電彈性體 (Dielectric Elastomer，簡稱DE)材料由于其可以產(chǎn)生大變形的特點被用來產(chǎn)生不同的材料表面形貌。

圖3(a)示意了一種最基本的DE驅(qū)動器結(jié)構(gòu)，這種驅(qū)動器是一種三層平面結(jié)構(gòu)，中間是DE薄膜，上下表面均勻涂覆了導(dǎo)電的柔性電極。當(dāng)施加電壓Φ和三個方向的機械力P1,P2,P3后，DE材料的上下表面由于極化，積累了正負(fù)電荷±Q，正負(fù)電荷相互吸引產(chǎn)生靜電庫侖力，在厚度方向上壓縮材料而產(chǎn)生變形，從原始尺寸L1×L2×L3變?yōu)閘1×l2×l3。在應(yīng)力載荷和電壓載荷同時作用下，DE材料產(chǎn)生力電耦合變形：厚度變小，平面面積擴張。由于DE材料的彈性模量較低，一般在1MPa以下，因此這種變形可以達到100%以上，具有很大的應(yīng)用前景[44]。DE材料產(chǎn)生褶皺主要分為兩種機理，一種是突跳失穩(wěn)；一種是張力損失[45]，突跳失穩(wěn)后往往就是材料的電擊穿，所以應(yīng)盡量避免，而基于張力損失機理則可以得到穩(wěn)定的褶皺形貌。圖3(b)是作者所在課題組以3M公司的VHB4910材料為基底，上下涂覆螺旋形碳膏電極利用張力損失機理產(chǎn)生的褶皺。

圖4(a)為Zhao課題組[46]將預(yù)拉伸的PDMS薄膜覆蓋到剛性基質(zhì)上并分別在上下連接NaCl導(dǎo)電溶液和金屬電極在高電壓(108V/m)下產(chǎn)生的表面折痕，圖4(b)為PDMS表面分別在8.8，9.7，13.3，15.6kV電壓加載下的表面折痕。

圖3 DE電致變形原理及褶皺現(xiàn)象 (a) DE材料平面驅(qū)動器結(jié)構(gòu)的電致變形過程；(b)DE材料電致變形引起的褶皺Fig.3 Electro-deforming process principle of DE and wrinkling behavior (a)the electro-deforming process of DEplane actuator;(b)the wrinkling behavior caused by electro-deforming

圖4 軟材料表面形貌的主動控制[46] (a)實驗設(shè)置；(b)不同電壓下的折痕形貌Fig.4 Active control of surface morphology in soft materials[46] (a)experimental setup;(b)creasing behavior under different voltages

1.2 熱處理法

熱處理法是指將軟硬復(fù)合材料在一定溫度下加熱，由于基底材料與表面材料膨脹系數(shù)的差異，冷卻后會在材料表面形成不同的表面形貌。熱處理法一般分為兩種方法：一種是在較高溫度下，在柔軟基底表面沉積一層薄的硬質(zhì)材料，然后進行冷卻；另外一種是直接加熱沉積有金屬薄層的聚合物[36]。在冷卻過程誘導(dǎo)褶皺產(chǎn)生的系統(tǒng)中，表面的硬質(zhì)材料一般為金屬、氧化層或者像PS(聚苯乙烯)等高分子聚合物，下層一般是像PDMS這種軟質(zhì)的彈性體材料，此類復(fù)合材料可以將彈性能積累在系統(tǒng)中并經(jīng)由冷卻過程中形成褶皺來釋放；在熱誘導(dǎo)褶皺的系統(tǒng)中，硬質(zhì)材料一般仍是金屬薄層，但是底層材料多是PS或者PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等聚合物，當(dāng)溫度升高至轉(zhuǎn)變溫度以上或者升高到聚合物溫度，聚合物的彈性模量將劇烈變化，從而使熱應(yīng)力得到積累，進而導(dǎo)致褶皺的產(chǎn)生[47]。

Bowden等[48]利用熱處理法得到褶皺圖案的操作流程。首先加熱PDMS基底并沉積一層5nm的Ti金屬層，再沉積一層50nm的金膜，等恢復(fù)到常溫后，PDMS表面就會形成褶皺圖案，在PDMS上預(yù)先制作不同的特征結(jié)構(gòu)會使薄膜的邊界條件改變，從而可以得到不同的褶皺圖案。

1.3 溶劑溶脹法

溶劑溶脹法是指將軟硬復(fù)合材料浸入一定的溶劑中，由于軟硬材料在溶劑中溶脹比例不同進而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力使材料表面形成一定的褶皺形貌。受到邊界的約束，單獨的軟材料在溶劑中溶脹時也會使其表面形成褶皺形貌，圖5所示為本實驗室制備的丙烯酰胺水凝膠在容器中加水浸泡溶脹形成的褶皺表面。

圖5 水凝膠表面褶皺Fig.5 Wrinkling behavior of hydrogel

材料溶脹形成褶皺的方法可通過溶劑在材料中擴散程度以及不同材料的模量差異進行調(diào)控，進而形成不同的褶皺形貌。Chung等[49]在硅基底上旋涂500納米厚的PS薄膜，在紫外光臭氧(UVO)處理下使PS薄膜發(fā)生交聯(lián)，然后在甲苯蒸氣中誘導(dǎo)一段時間，在PS表面上就會產(chǎn)生褶皺形貌,根據(jù)甲苯UVO處理時間不同可以得到不同的褶皺圖形。Guvendiren等[50]制備了由部分聚合的甲基丙烯酸羥乙基酯(PHEMA)，光引發(fā)劑和交聯(lián)劑-乙二醇二甲基丙烯酸(EGDMA)組成的溶液。將溶液旋涂到硅片上進行紫外光處理得到聚甲基丙烯酸羥乙基酯水凝膠薄膜。由于薄膜中的溶解氧能夠消耗自由基阻止光聚合，在凝膠薄膜越深的地方溶解氧越少。所以，水凝膠薄膜越深的地方，聚合物的交聯(lián)程度越低，導(dǎo)致水凝膠薄膜厚度方向上形成了模量梯度，在去離子水溶劑的環(huán)境下，薄膜表面溶脹成了不同的表面形貌，如圖6所示。

不同表面形貌的形成方法眾多，本文主要介紹了預(yù)拉伸法、熱處理法以及溶劑溶脹法，此外還有滲透壓驅(qū)動法、模板誘導(dǎo)法以及上述方法的組合等。預(yù)拉伸方法較為簡單也應(yīng)用最廣，熱處理法以及溶劑溶脹法操作較為復(fù)雜，實際應(yīng)用中受到較多限制。

圖6 去離子水誘導(dǎo)聚PHEMA水凝膠膜產(chǎn)生不同的褶皺形貌 上圖為彩色圖，下圖為灰度圖[50]Fig.6 Optical images of patterns on the surfaces of DI-water-swollen PHEMA films top images are RGBcolored with magnified insets and bottom ones are grayscale images[50]

2 軟材料表面形貌應(yīng)用研究

近些年來，隨著軟材料表面形貌研究的深入以及表面形貌形成與控制技術(shù)的日趨成熟，越來越多的研究人員試圖將不同的表面形貌應(yīng)用到工程實際中。表1為典型的表面形貌在各個領(lǐng)域的一些應(yīng)用[1]。圖中的模量比指的是軟材料薄膜與基質(zhì)的彈性模量之比。本文主要介紹表1中幾個具有較大工程應(yīng)用潛力與價值的表面形貌應(yīng)用的研究進展。

表1 表面形貌的應(yīng)用[1]Table 1 Applications of surface morphology[1]

2.1 流體動力學(xué)調(diào)控

對于汽車、高鐵等地面交通工具，飛機、火箭等飛行器，輪船、潛艇等水中航行器而言，其運行過程中的流體阻力是個不得不考慮的問題，良好的流體動力學(xué)設(shè)計對于減少能源消耗、提高機動性能具有重要意義，而運動物體表面的形貌特征對流體阻力影響重大。大量的研究表明，物體表面并不是越光滑阻力越小，其原因是物體表面的特征結(jié)構(gòu)會影響流體與物體運動表面的邊界層，進而影響湍流的產(chǎn)生，如果對物體表面形貌進行合理設(shè)計，將會極大減小流體阻力。最好的設(shè)計靈感來自于自然界，人們對鯊魚皮膚[71-74]、海豚皮膚[75]、鯨魚魚鰭結(jié)節(jié)[76]等進行研究后發(fā)現(xiàn)其具有良好的減阻特性，因此，仿生設(shè)計就得到了大量研究與應(yīng)用。Ball[77]將仿鯊魚皮涂料應(yīng)用于空客A320客機，達到了平均減阻8%，降低油耗1.5%的效果。

物體表面恒定表面形貌的減阻效果是有限的，難以適應(yīng)流動狀態(tài)的變化，所以研究人員開始關(guān)注流動主動控制技術(shù)。而基于軟材料的表面形貌調(diào)控技術(shù)可能為流場主動控制技術(shù)的發(fā)展提供重要的借鑒。Denis等[8]將500μm左右的PDMS薄膜覆蓋到10mm厚的VPS(乙烯基聚硅氧烷)硅橡膠圓殼上，然后抽真空形成類似于高爾夫球表面的凹坑形貌，如圖7所示，將其置于風(fēng)洞中進行了空氣動力學(xué)性能測試，根據(jù)抽真空程度不一樣，軟材料表面形成的凹坑深淺程度也不一樣，其空氣阻力系數(shù)也不一樣；同時，其研究結(jié)果還表明在某個雷諾數(shù)以下，材料表面的凹坑越深其減阻效果越好，但是超過這一雷諾數(shù)，凹坑越深的材料其減阻效果反而下降，這也更進一步說明了流場主動控制的必要性。

軟材料表面形貌調(diào)控技術(shù)具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活的特點，在流體動力學(xué)主動控制方面具有很大的應(yīng)用價值。但是，相對而言軟材料的強度以及魯棒性和一致性問題還有待進一步提高。

2.2 透明度調(diào)節(jié)與色彩變換

目前，溫室效應(yīng)帶來的全球變暖已經(jīng)嚴(yán)重影響了自然環(huán)境與人類的生活，對此各種應(yīng)對全球變暖的方法也被提出，其中通過改變窗戶透明度來調(diào)控太陽光透射率的“智能窗戶”概念被廣泛研究[78-82]，這種動態(tài)調(diào)控材料表面形貌進而影響透光率的裝置節(jié)能、環(huán)保，在改善全球氣候變暖方面具有較大的應(yīng)用潛力。

Ende等[78]在2mm厚的透明玻璃板上覆蓋一層ITO(氧化銦錫)電極，然后光固化一層22μm厚的丙烯酸酯彈性體聚合物，之后再噴涂一層40nm厚的金粉，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖8(a)所示。上下電極通電之后，彈性體層在靜電力的作用下產(chǎn)生厚度方向的變形，由于金粉薄層與彈性體層彈性模量不一致，彈性體的變形受到上下電極的約束產(chǎn)生表面褶皺，結(jié)構(gòu)變形示意圖如圖8(b)所示。褶皺表面會影響光的透射，圖8(c)為通電前置于玻璃板后面的象棋顯示情況，圖8(d)為加750V電壓后玻璃板透明度改變，象棋被隱藏。Shian等[79]在一層薄的聚酯薄膜上下覆蓋一層3M公司的VHB材料，之后在上下表面涂上一層納米銀線電極形成的五層結(jié)構(gòu)也達到了圖8(c)，(d)所示效果。Zang等[80]采用的方法與上述形成褶皺形貌的方法相反，他們將VHB材料先進行高倍數(shù)的等雙軸預(yù)拉伸，然后上下表面覆蓋一層薄的石墨烯薄膜電極形成三明治結(jié)構(gòu)，之后釋放VHB到一個低倍數(shù)的預(yù)拉伸狀態(tài)，由于石墨烯薄膜的限制，材料表面會形成褶皺導(dǎo)致光透射率降低，通電后材料產(chǎn)生面內(nèi)擴張釋放褶皺，透光率又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

圖7 流場主動控制[8] (a)原始狀態(tài)；(b)抽真空后的狀態(tài)；(c)流場示意圖；(d)不同真空壓力下雷諾數(shù)與流阻的關(guān)系Fig.7 Active control of flow field[8] (a)initial state;(b)after creation of vacuum;(c)flow field schematic diagram；(d)relationship of Reynolds number and drag coefficient under different vacuum pressures

圖8 透明度主動控制[78] (a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)結(jié)構(gòu)變形示意圖；(c)通電前；(d)通電后Fig.8 Active control of transparent[78](a)structure schematic diagram;(b)structure deformation schematic diagram;(c)state before electrify;(d)state after electrify

表面形貌除了可以改變復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的透明度外，在顏色變換方面也有較大應(yīng)用潛力[83-85]。變色偽裝是自然界很多生物的一個生存技能，像變色龍、章魚等等都是自然界的偽裝大師，研究其機理將在軍事偽裝方面有重要應(yīng)用。章魚作為一種身體柔軟，能變形變色，能通過狹小空間的軟體動物被大量研究用于軟體機器人設(shè)計[86]。章魚的皮膚分為三層，分別是色素層、虹彩層和白色層，在色素層里有很多色素囊，每一個色素囊周圍都有一圈肌肉，只要肌肉一起用力收縮，小的色素點就被拉成很大片的色塊，如圖9(a)所示。中間的虹彩層則是由細(xì)胞水平排列成很多薄層，在神經(jīng)信號刺激下，通過調(diào)整角度和厚度，反射、偏振出很像亮片的光澤。最底下的白色層最簡單，就是細(xì)胞里有超白的反光蛋白，可以反射幾乎所有可見光。

基于章魚的變色機理，Wang等[84]利用電加載的方式形成軟材料表面折疊形貌成功地模仿了章魚變色。他們將螺吡喃摻入Sylgard 184硅橡膠中形成了一種可以在拉伸下變色的彈性體薄膜，稱之為EMCR(electro-mechano-chemically responsive)薄膜，如圖9(b)所示,長度為L0的淡黃色薄膜拉伸2倍到L后，顏色會變成深藍色，然后釋放到L0，經(jīng)綠光(545nm)照射3min或加熱10min就可以恢復(fù)到原來的顏色。他們采用圖10(a)所示實驗設(shè)置，在綠光照射3min后加載不同的電壓得到的熒光圖像如圖10(b)所示，電壓消失后，熒光圖像就會恢復(fù)到原始狀態(tài)。其實驗原理與圖4類似，在不同電壓下材料表面產(chǎn)生變形，變形受到上下材料的限制會凹陷成一個個小坑，凹陷處的EMCR薄膜被拉伸達到一定的限值后會產(chǎn)生不同深淺的顏色。由于凹坑邊緣處受到的力較大因此會形成一個個圓環(huán)狀的圖形，而凹坑內(nèi)部則很難達到薄膜變色的限值。

圖9 顏色主動調(diào)控[84] (a)章魚變色機理示意圖；(b)彈性體薄膜在單軸拉伸下變色Fig.9 Active control of colour[84] (a)schematic of colouration mechanism employed by cephalopods;(b)colour change of an elastomer film under a uniaxial strain

圖10 電致變形原理示意圖[84] (a)實驗設(shè)置及變形機理；(b)不同電壓下的熒光圖像Fig.10 Schematic diagram of the electro-deforming process [84] (a)experimental setup and deformation mechanism;(b)fluorescent images under different voltages

采用類似的設(shè)計原理，Zeng等[81]將PDMS與稀土發(fā)光材料Y2O3∶Eu3+相混合并在上面覆蓋一層聚乙烯醇(PVA)/硅酸鎂鋰薄層，同時加入二氧化鈦、熒光素等物質(zhì)，在紫外光照射下，進行不同的拉伸會有不同的熒光顯示。

2.3 表面黏度與親疏水性調(diào)節(jié)

在自然界，能夠依靠皮膚的表面形貌特性進行攀爬的例子很多，像壁虎以及一些昆蟲等[87-88]。發(fā)明像壁虎一樣的攀爬裝置一直是很多學(xué)者的研究目標(biāo)，而基于軟材料的表面形貌設(shè)計將為黏度主動調(diào)節(jié)提供一定的借鑒并在攀爬機器人的設(shè)計方面具有潛在價值。Chan等[88]利用溶脹法在丙烯酸酯薄層表面形成褶皺形貌并通過改變形成的褶皺的波長來控制黏附力。Lin等[89]通過氧等離子處理的方法在PDMS表面形成褶皺并通過機械拉伸的方法來控制褶皺表面的形貌，進而動態(tài)調(diào)節(jié)材料的黏附力。如圖11(a)所示，當(dāng)PDMS薄膜拉伸成平坦?fàn)顟B(tài)時具有較高的黏度可以粘起桌面上的玻璃球，當(dāng)PDMS釋放后，其表面形成褶皺，減少了與玻璃球的接觸面積，此時PDMS處于低黏度狀態(tài)，玻璃珠掉落如圖11(b)所示。

圖11所示黏度動態(tài)調(diào)節(jié)機理基于傳統(tǒng)機械力拉伸的方式，其工程應(yīng)用受到限制，因此一些學(xué)者探索采用電加載的黏度主動調(diào)節(jié)機制。Shivapooja等[90]在以PDMS為基礎(chǔ)的復(fù)合材料表面培養(yǎng)一定數(shù)量的海洋常見微生物?？曝愄厥暇?，在不加電的情況下用海水沖刷，發(fā)現(xiàn)這種微生物大部分依然停留在材料表面，然后他們在10min內(nèi)加電斷電200個循環(huán)后，再用海水沖刷材料表面，發(fā)現(xiàn)95%的微生物會被沖走，主要是材料表面形成的折痕降低了微生物的附著力。這些附著的微生物不僅會腐蝕漁船、艦艇的表面而且長期累積會增加行駛阻力從而增加能源消耗。基于軟材料的表面形貌調(diào)控技術(shù)將為海洋漁船、潛艇等的表面自清潔設(shè)計提供借鑒思路。

圖11 表面黏附力的主動調(diào)節(jié)[89] (a)拉伸狀態(tài)；(b)釋放狀態(tài)Fig.11 Active control of surface adhesive[89] (a)stretched state;(b)un-stretched state

表面形貌的利用還可以用于材料表面親疏水的調(diào)節(jié)，可以用來設(shè)計不沾水器皿、器械等，同時對載運工具表面進行親疏水處理也可以用來調(diào)節(jié)流體阻力。常見親疏水性材料多為化學(xué)合成的涂料，其親疏水性是固定的，而利用表面形貌調(diào)控機理卻可以做到材料表面親疏水性的動態(tài)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)束語

軟材料表面不同形貌產(chǎn)生的主要機理是利用不同材料之間彈性模量、熱膨脹系數(shù)、溶脹系數(shù)等不同，在各種外界刺激下，使軟硬復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體系中積累的應(yīng)力超過臨界應(yīng)力，材料表面便會產(chǎn)生不同的形貌以釋放應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)處于最小勢能狀態(tài)。利用軟材料表面形貌的變化可以對流體力學(xué)中流阻進行調(diào)控、改變材料的透明度及色彩、調(diào)控材料表面的黏度及親疏水性等。因此，軟材料表面形貌在流體減阻、軍事偽裝、船艦清潔、攀附機器人等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

綜合已有研究可知，基于軟材料表面形貌調(diào)控和應(yīng)用的研究未來將會集中于以下幾個方向：

(1)目前關(guān)于表面形貌的形成方法大多考慮的是平面結(jié)構(gòu)表面的形貌特征形成方法，而現(xiàn)實結(jié)構(gòu)大量是由不同曲率的曲面組成，因此，不同曲率表面褶皺形貌的產(chǎn)生方法將是未來的一個研究方向。

(2)現(xiàn)有的表面形貌調(diào)控與應(yīng)用多數(shù)還是被動的調(diào)控機制，顯然，主動調(diào)控將是未來的一個重要的發(fā)展方向，而作為綜合性能最好的“人工肌肉”—電活性聚合物智能材料因其能量密度高、質(zhì)量輕、易于成形以及經(jīng)受大變形而不易疲勞等優(yōu)點在主動產(chǎn)生不同形狀、大小等表面形貌方面具有極大的應(yīng)用潛力，是未來軟材料表面形貌調(diào)控方面具有較大前景的研究方向。

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