先进制造技术：偶氮苯聚合物的“光-流化”

撰稿 | Sasha（中科院长春应化所，博士生）

第 1 层次：微观上，偶氮苯对于光的分子运动

第 2 层次：宏观上，偶氮苯聚合物的光-流化

假芪型偶氮苯化合物是一种特殊的偶氮苯化合物，其反式异构体和顺式异构体吸收的波长范围存在重叠。在单一波长光的激发下，顺式-反式和反式-顺式两种异构化过程可以同时进行，形成连续的异构化循环。这种循环的异构化会引起振动，进而降低偶氮苯聚合物的长程有序和结构对称性，从而引发偶氮苯聚合物发生光致固液转变现象。这种现象一般发生于室温条件下，低于聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。

微纳米级结构最新应用进展

1、表面浮雕光栅(SRG)

偶氮苯聚合物也可用于制作蚀刻掩模，例如通过反应离子蚀刻在硅晶片上形成图案。由于 SRG 是在室内环境光下生产的，因此它们比传统的光刻胶具有更好的过度曝光耐受性。

偶氮苯聚合物可以在光学器件制造过程中作为纹理转移模板，以此为模板制造的器件精细度更高，可有效改善光伏器件的性能。例如在有机光伏电池的应用中，由于纹理表面更精细，入射的太阳光被大量衍射，有机光伏电池的效率提高了约15%。同理，使用SRG纹理可以提高固态DFB激光器的性能、发光二极管(LED)和其他光电器件的光提取效率。

拥有各向异性结构的线形SRG可通过改变表面粗糙度来改善润湿性和粘附性。例如液体接触表面的不对称伸长，水滴会沿着平行于纹理表面的方向扩散，不同方向润湿性也不同，此时可以通过接触角的测量来量化润湿性（接触角越大，拒水性越好）。据报道，在0.9 ~ 2.5 μm周期范围内，周期长度对于润湿行为没有明显影响。而图案高度的增加导致了垂直方向上的水接触角的增加，但在平行方向上没有明显的变化。偶氮苯聚合物制备的SRG可以很容易地通过改变辐照参数(如入射角、光照射时间或光强度)来调节其高度和周期性，而这正是使用其他制备技术难以实现的。

在细胞外基质中，细胞附着、扩散和分化高度依赖于表面形貌。通过控制表面形貌的微纹理 SRG 可增加细胞对于外部刺激的响应和调节细胞的分布。因此可以通过偶氮苯聚合物的特性反复读写 SRG，相应地微调表面上的细胞排列。

2、表面重塑

（1）修复划痕

前景与挑战

为了使偶氮苯的光-流化发挥最大潜能，目前仍然面临着许多挑战：

1、一些模型已经被提出以解释光-流化这一现象，比如热模型、平均场模型和不对称扩散模型等。然而，这些模型都不能完全解释固液变化过程中的各种现象。因此，急需探索偶氮苯光-流化的确切机理，这将是进一步发展偶氮苯应用的先决条件。

2、在偶氮苯分子的光致异构化运动和宏观光-流化中光与物质的相互作用仍有待阐明。