對液體的操控是實現很多重要工業生產和生活應用的關鍵過程，在微電路印刷、生物芯片、薄膜器件和微流控等方面有重要的應用。其中，一維納米線溶液的可控輸運及組裝是實現有序的圖案化納米線薄膜的關鍵。與無序的、散亂分布的納米線相比，多尺度分級有序的納米線往往表現出更優異的整體協同性能和特殊的物理化學性質。目前，常用的溶液法制備有序納米線薄膜的方法存在著一些局限性，如需要復雜的設備、復雜的樣品預處理過程、納米線沉積位置難以精確控制、后處理過程中納米線重新定向等問題。因此，可控制備多尺度有序的納米線結構依然是挑戰。

日常生活中，人們的頭發在潤濕后晾干的過程中往往會粘附在一起，這是由于去浸潤過程總毛細作用力下纖維陣列發生的彈性聚集現象導致的。在該過程中，纖維陣列頂端的液膜會自發的各向異性收縮，這為納米線溶液的可控輸運及組裝提供了新的契機。

近日，北京航空航天大學的劉歡研究員課題組發展了一種簡單通用的策略：利用陣列碳納米管陣列在去浸潤過程中的毛細粘彈聚集現象，實現了液膜的方向性收縮，基于此一步制備了多維取向的圖案化納米線薄膜。該方法不需要任何外部力量輔助。其原理是被納米線溶液潤濕的碳納米管陣列在去浸潤過程中，出現毛細彈性聚集現象，使納米線溶液液膜能夠在碳納米管陣列頂部各向異性收縮，迫使液膜中隨機分布的納米線向著液膜的方向旋轉、移動，最終緊密有序地排列在碳納米管陣列頂部。在碳納米管陣列聚集的同時，碳納米管紗線被牽扯出來連接兩個相鄰的碳納米管陣列聚集體，最終構筑了由上層X方向上水平有序排列的納米線，下層Z方向上垂直排列的碳納米管陣列聚集體和Y方向上連接碳納米管陣列聚集體的碳納米管紗線三部分組成的多維度有序的納米線微圖案。這種多維取向的圖案化納米線薄膜表現出良好的壓力傳感性能，靈敏度為0.32 kpa-1，有望用于構筑電子皮膚。 此外，取向的納米線可以轉移到不同的基底上，且轉移位置精確可控，可用于構建微電路。重要的是，這種方法具有很好的普適性，適用于銀、氧化鋅、氧化鋁等不同長徑比的納米線的有序組裝，甚至可以對有生命活性的微生物進行多維取向排列，代表了一類新的操控納米線溶液的方法。相關工作發表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201900534）上，北京航空航天大學博士研究生邊瑞欣為本文的第一作者。

圖文速遞

圖1. 纖維毛細彈性聚集誘導的基于一維納米線的多維度有序微圖案的制備過程示意圖。

圖2. 多維取向的圖案化納米線薄膜的掃描電鏡圖像。X、Y、Z分別代表了上層水平定向排列的納米線，碳納米管紗線和下層垂直分布的碳納米管陣列的方向。（e - l）各種不同長徑比的納米線在陣列碳納米管膜表面的取向，包括銀納米線、氧化鋅納米線、氧化鋁納米線和微生物。

圖3. 制備得到的多維取向的圖案化納米線薄膜的力學傳感性能測試。

圖4. 陣列碳納米管表面取向的納米線可以可控轉移到柔性基底，構筑微電路。

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900534

來源：高分子科學前沿