2020年第1期,总第018期

ALD薄膜可控双向折叠的微纳折纸应用

折纸工艺的设计思路具有可等比例放大缩小的特点,因而可以通过纳米级厚度的薄膜实现微纳米折纸,从而应用在微机电、微纳光子学等领域中。但是目前折纸工艺的折叠方向依然难以控制。为了克服这个困难,来自美国康奈尔大学的Itai Cohan等人则提出了一种利用4 nm SiO2/SiNx双层膜结构实现纳米薄片双向折叠的方法。如图所示,由于ALD沉积的SiNx与SiO2膜中存在的应力差,使得薄膜产生了朝向SiO2一侧的卷曲,即当SiO2在上层时,薄膜向上卷曲,反之,则向下卷曲。通过在纳米薄膜上增加硬质薄片,并在此基础上将硬质薄片和ALD双层薄膜从基底上整体剥离下来,则产生了基于双层膜的双向折纸结构。该技术可以进行多达100次折叠的纳米级折叠,并最终实现了包括千纸鹤、纳米盒子以及折纸纳米筒等多种复杂的纳米折纸结构,并实现了微米尺度的Miura折纸。这种基于ALD双层膜的双向折纸技术客服了传统折纸技术无法控制折纸方向的困难,大大提高了微纳折纸结构的复杂性和多样性,在力学超材料、微机电等方面具有重要的应用前景。相关结果发表在Nano Letter (2020), 20, 4850-4856上。

图:ALD双层膜的双向卷曲控制及其制备的复杂折纸结构