微观多物理场协同控制的控形方法

流体的介电泳动特性为复杂微纳结构制造提供了可能。在理想条件下，控制流体表面的电场分布状态，即可获得相应的结构。然而，与理想状态不同，薄膜流体表面通常存在微观扰动，这种微观扰动严重影响薄膜流体在电场作用下的形貌演变，增加了流变控制的难度。如何抑制、消除微观扰动对结构演变行为的影响，是实现控形制造的前提和关键。

西安交通大学研究团队发现了均匀电场作用下薄膜流体各扰动分量的演变机制，观测到了特定扰动波长的电场增强现象，阐明了薄膜扰动单一波长增强的内在规律；发现了空间结构电场对薄膜流体微观扰动的调控机制，阐明了空间电场平均分量和调制分量对薄膜流体流动的竞争关系，建立了微纳结构形貌演变的空间电场强-弱调制准则，实现了微观扰动各分量的全面抑制，消除了微观扰动对流变成形过程的影响[70]，如图4.2（a~b）。电场对流体扰动的增强和抑制机制的发现，为复杂结构电致流变成形奠定了理论基础。

以电场对薄膜流体的控制规律和模板约束特性为基础，该团队建立了模板、电场及其协同控制的异型微纳结构制造方法。在复杂结构完型填充的基础上，将消失模注塑的概念引入复杂结构的压印控形制造领域，建立了一种可精确定义复杂微纳结构形貌的规模化制造方法[71]；利用微结构化的导电模板增强了空间电场的调制分量，抑制了热扰动波对液膜流变成形过程的影响，实现了多种复杂异型微纳结构的精确、批量化控形制造[72,73]；利用电场对微纳腔体内的气液界面作用力的不均匀性，实现了气液界面曲率的精确调控[74]，如图4.2（c）。

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图4.2 多物理场协同控制的微观控形机制

（a）空间电场对毛细扰动的弱调制机制；（b）空间电场对毛细扰动的强调制机制； （c）微腔体内的气液界面形貌控制机制

与国际上常规的纳米压印方法相比较，该团队提出的多物理场协同控制的微观控形机制，从电场对流体流变行为的作用机制出发，构建了模板、电场及其协同控制微纳结构微观形貌控制方法体系，突破了常规压印技术结构形貌单一的难题，为异型微纳结构的规模化制造提供了创新途径，拓展了纳米压印的成形能力。这被国际同行认为具有实现多种创新结构制造的能力，是一种能够有效控制结构形貌和尺寸的创新方法，解决了高精度三维结构制造的挑战，可规模化制造是该方法的核心[75-78]。