综述：聚合物表面创新性褶皱制备技术：光学与防伪应用

这篇综述系统阐述了利用屈曲不稳定性（buckling instability）制备可调微纳结构（micro-nano structures）的褶皱表面材料，其相比传统光刻（PL）、电子束光刻（EBL）等“自上而下”（top-down）方法，具有工艺简化、成本低和可规模化等优势。文章重点探讨了褶皱形成机制、调控策略及其在光学加密（optical encryption）和智能响应器件（如PDMS基传感器）中的前沿应用，为功能材料设计提供了新思路。

　　

Abstract
在先进材料领域，褶皱表面材料通过屈曲不稳定性（buckling instability）构建可调微纳结构，展现出工艺简化、设备依赖度低和可规模化等优势。近年来，随着对褶皱形成机制的深入理解，其规则且可调的周期性形貌在光学领域大放异彩，而多种响应性褶皱材料的开发更拓展了防伪和智能器件的应用边界。

Introduction
聚合物表面微纳结构是智能响应与光学器件的关键。传统“自上而下”（top-down）方法如光刻（PL）、模板法虽精度高，但存在成本高、面积受限等问题。褶皱技术通过应力驱动失稳（stress-driven instability）实现纳米级结构，兼具低成本和大面积制备优势。从仿生角度而言，褶皱广泛存在于自然界（如头足类伪装纹理、大象皮肤散热结构），其本质是材料屈曲行为的体现。以双层系统（bilayer system）为例，当表层薄膜受压超过临界值时，系统通过形成周期性褶皱释放能量，这一现象与欧拉屈曲（Euler buckling）理论高度契合。

Mechanism of wrinkle formation in Bilayer systems
褶皱形成源于弯曲能与拉伸能的竞争。在“高模量表层/低模量基底”双层系统中，热、机械或溶胀应力可诱发失稳。理论模型显示，褶皱波长（λ）与表层厚度（h_f）和模量比（E_f/E_s）相关，遵循λ∝h_f(E_f/E_s)^1/3。通过调控预应变（pre-strain）和基底图案化（substrate patterning），可实现迷宫状（maze）、人字形（herringbone）等复杂形貌。

Fabrication of artificial wrinkling surface
人工褶皱制备主要分为三类：

1. 双层系统：如UV-臭氧（UVO）处理的预拉伸PDMS，通过应力松弛产生纳米级褶皱；
2. 梯度交联系统：利用光聚合（photopolymerization）梯度引发局部模量差异；
3. 均质凝胶系统：如温度响应水凝胶（PNIPAM）通过溶胀-收缩循环自发褶皱。

Wrinkling surface for advanced optics and anti-counterfeiting
褶皱材料在光学加密领域表现突出：

• 动态防伪：通过光/热响应材料（如偶氮苯聚合物）实现褶皱可逆擦写；
• 衍射光栅：周期性褶皱可调控光波相位，用于全息投影；
• 指纹仿生：复现生物指纹的独特性，提升防伪标签安全性。

Conclusion
褶皱技术为微纳结构制备提供了高效、低成本的解决方案，但其随机缺陷和形貌单一性仍是挑战。未来通过多场耦合调控（如光-力-电协同）和机器学习辅助设计，有望推动褶皱材料在柔性电子（flexible electronics）和生物传感等领域的突破。

作者团队
第一作者邓崇锋（Dengchong Feng）为广东工业大学博士后，研究方向聚焦材料褶皱机制与器件应用，合作导师为陈旭东教授。研究受国家重点研发计划（2023YFB3812400）和国家自然科学基金（52433004、52203353）支持。