褶皱广泛存在于自然材料和生物体之中，赋予了材料或生物体独特的性能。特别是，具有刺激响应性、可调节性的多尺度微纳米褶皱，其能够按需原位调控材料的性能，在自清洁、减阻、黏附、抗干扰、伪装和组织工程等多个领域具有重要的应用前景。基于物理应变或动态化学来调节模量从而调节褶皱结构，可用于构筑智能表界面材料，是当前材料研究的前沿热点。

在金属材料表面构筑微纳米结构能够应对光学、电学、计量学、化学和材料力学等多学科需求，可用于传感、可穿戴器件和超表面等。然而，由于金属的模量往往较高且不可调，对于金属表面的自发图案化及其动态调控，依旧面临诸多困难，在一定程度上限制了其应用场景。为此，本课题组和上海交通大学机械与动力工程学院张文明课题组合作，通过引入模量可控的光敏性聚合物作为中间层，实现了金属材料微结构动态调控新策略（图1），发展了多层体系失稳模型，提供了一种简单、普适性的功能材料微纳米结构调控手段。

图1. 基于光敏聚合物层调控金属褶皱的策略。（a）金属褶皱制备和动态调节示意图；（b）通过中间层调节金属褶皱波长与形貌；（c）光刺激响应性金属图案表面。

研究人员发现多层体系在不同温度的热诱发应变条件下，金属褶皱的波长明显改变，表现出不同的失稳模式（图2）。通过力学模拟和有限元分析，证实了三层体系中的聚合物的模量分布是影响金属褶皱形貌的关键因素，并且揭示了依赖应变和模量比的褶皱失稳相图。基于理论模型，利用紫外光照射引发可逆的蒽二聚反应，可对多种金属褶皱结构任意按需调节（图3）。

图2. 三种褶皱模式演化动态示意图。

图3. 调节三层体系表层形貌。（a-c）不同褶皱模式的有限元模拟；（d）三层体系的失稳相图；（f）金属褶皱演在不同的热诱导应变下演变照片；（g）基于中间层模量分布调控不同的金属材料的形貌。

蒽的二聚体在254 nm紫外光照下或150℃下会发生可逆化学反应，帮助擦除多层体系中的模量分布，实现金属图案的重构。此外，近红外光可以原位临时擦除金属褶皱，以此制备各种复杂的动态反射光栅（图4）。

图4. 金属图案的动态调控。（a）254 nm擦除金属褶皱；（b）150℃处理对有序金属褶皱格式化；（c，d）NIR驱动金属褶皱以及相应的反射光栅。

动态金属褶皱凭借对光的反射方向的改变，可以用于制备智能‘魔镜’，实现智能展示和解决金属光污染问题（图5）。这种普适性策略为今后调控功能性材料的微纳结构提供了重要的平台，同时对于理解并利用多层体系的失稳现象大有裨益，可用于微加工、传感和柔性器件多个领域。

图5. 应用展示。（a，b）智能魔镜示意图与NIR驱动下反射照片变化；（c）可调节的反射光用于解决光污染问题。

该项研究成果以“Dynamic metal patterns of wrinkles based on photosensitive layers”为题发表在Science Bulletin (《科学通报》)。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市基础研究重大项目资助。