用激光“剥洋葱”法大规模制造多功能昆虫翅膀膜

自然界中许多生物因其独特的纳米结构而具备卓越功能，例如昆虫翅膀表面的不规则纳米柱（周期约100纳米，高度200-400纳米）具有抗反射、杀菌和自清洁等多种特性。然而，要大规模制备这种仿生昆虫翅膀纳米结构（IWNs）并将其集成到超薄、耐用且能贴合各种平面/非平面表面的基底上，一直面临巨大挑战。现有纳米制造技术在复制这种高纵横比、随机分布的纳米结构，以及制备类似昆虫翅膀（厚度仅1微米甚至更薄）的超薄柔性基底方面存在局限。

本研究提出了一种创新的“界面激光剥离”策略，成功在超薄聚酰亚胺（PI）膜上大规模制备出仿生昆虫翅膀纳米结构。该方法的核心原理是：利用紫外激光照射PI-玻璃界面，使界面处极薄的PI层（约300纳米）吸收激光能量后分解产生气体，这些气体在界面处形成高密度纳米气泡，气泡通过成核、生长和融合最终在界面处形成纳米柱结构。随后通过机械剥离，使PI膜沿纳米柱中部与玻璃分离，从而在PI膜和玻璃表面同时形成仿生纳米柱。

实验结果表明，制备的人工翅膀膜厚度小于500纳米，与天然蜻蜓翅膀在宏观形态（超薄、柔韧）和表面纳米结构（随机高度、簇状分布、根部交联基座等）上高度相似，相似度达90%以上。通过调整激光参数（如能量密度、照射次数、扫描策略），可精确调控纳米柱的分布、密度、高度和形态，例如通过交叉扫描获得独立纳米柱，单向扫描形成纳米片结构。

这种人工仿生膜展现出与天然昆虫翅膀相当的多功能性：具有良好的疏水性（水接触角约133°）、高效杀菌能力（对金黄色葡萄球菌杀菌率超过95%）和优异的抗反射性能（可见光范围内透光率提升约7%），且具备出色的机械和化学稳定性，能承受手指按压、擦拭、水流冲击及高温（250°C）、有机溶剂等考验。

该技术的一大优势是可扩展性，利用工业级准分子激光系统有望实现超过100平方厘米/秒的制备效率。此外，超薄特性使人工膜能无缝集成到各种表面，例如将其转移到隐形眼镜上，可显著降低环境光干扰，提升眼动追踪精度，并赋予隐形眼镜优异的抗菌性能（杀菌率>96%），有效减少眼部感染风险。

总之，这项研究通过创新的界面激光剥离策略，解决了仿生昆虫翅膀纳米结构规模化制备和超薄基底集成的关键难题，为其在医疗器件、光电子设备、柔性电子等领域的广泛应用开辟了新途径。