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人造表面微纳米结构的设计与应用在过去几十年受到广泛关注。传统光刻或模板策略虽具有精度高、重复性好等优点，但也存在设备特殊、成本高、效率低等固有局限。相比之下，基于应力驱动表面失稳的自组装方法，提供了一种成本低、效率高且可靠的替代路径，无需传统光刻工具和掩模即可在大面积上快速生成有序的微纳米结构。然而，现有方法生成的褶皱结构通常形态单一且在表面均匀分布，难以在单一样品中实现大尺度的多模式调控。因此，杭州电子科技大学胡亮教授团队和中国科学技术大学倪勇教授团队提出一种通过施加叁轴机械加载来制备可控的多模式褶皱的简便、高效方法。

本研究采用一种定制设计的三轴（夹角120°）拉伸装置，对三角形柔性基底（如PDMS、Ecoflex）施加均匀预应变，随后利用磁控溅射或紫外臭氧（UVO）表面改性等技术在预拉伸的基底上形成刚性表面层；通过同步释放三轴预应变，诱导薄膜发生压缩失稳，从而形成褶皱结构（图1）。进一步利用光学显微镜和原子力显微镜（AFM）系统地表征了褶皱的形貌、尺寸及其随位置（从角落到对边 ）的演化规律（图2），并结合有限元模拟及理论分析，揭示了三角形薄膜在三轴压缩下的应力分布特征（图3）。

图1叁轴应变下多模褶皱的制备

图2 两种不同薄膜系统在不同位置（角落、边缘和中心）的褶皱形态

图3 有限元分析结果

实验结果表明，褶皱形态呈现出显着的位置依赖性：从样品角落的直条纹状褶皱，逐渐演化为中心区域的迷宫状褶皱，最终在边缘附近转变为波纹状褶皱（图4）。褶皱的波长和振幅均随薄膜厚度的增加而近似线性增大，但其基本模式特征保持不变。有限元模拟证实，这种多模式分布源于叁轴加载下薄膜内部应力各向异性随位置的连续变化。功能性能测试进一步表明，不同模式的褶皱展现出独特的应用潜力：条纹和波纹褶皱的摩擦力表现出强烈的各向异性（图5），而迷宫褶皱的摩擦力则呈各向同性（图6）。同时，不同位置的褶皱产生了截然不同的激光衍射图案，并且这些光学性能可通过机械应变进行可逆且稳定的调控。这些结果共同表明，利用叁轴应变制备的多模式褶皱在智能表面工程与可调谐器件领域具备重要的应用潜力（图7）。

图4多模褶皱的位置依赖性

图5条纹褶皱的摩擦特性

图6迷宫状和波纹状褶皱的摩擦特性

图7多模褶皱的光学特性

综上所述，本研究发展了一种基于叁轴应变加载的简便方法，用于在柔性薄膜系统中制备可控的多模式褶皱。该方法的核心优势在于其简单性、高效性和普适性，无需复杂的光刻或模板过程，在可拉伸电子学、弹性光学、表面工程、仿生器件等领域具有广阔的应用前景。当前方法在二维平面基底上实现。而许多实际应用场景（如可穿戴设备、机器人关节）涉及复杂叁维曲面，如何将这种叁轴加载策略适配到曲面上，并预测其皱纹模式，可以进一步深入研究。