微納復(fù)合結(jié)構(gòu)是自然界非常重要的功能結(jié)構(gòu)（如荷葉的超疏水、蜘蛛的強(qiáng)吸附等等），也是超級電容等能量存儲(chǔ)與采集器的核心結(jié)構(gòu)；但如何低成本大規(guī)？芍貜(fù)性地制造微納復(fù)合結(jié)構(gòu)是國際公認(rèn)的難題。
針對這一挑戰(zhàn)，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院張海霞教授課題組開展了大量研究（http://www.ime.pku.edu.cn/Alice）。通過機(jī)理探索、理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了一種低成本可重復(fù)大面積制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，無需納米掩膜即可直接在微米結(jié)構(gòu)上集成得到均勻的納米結(jié)構(gòu)從而形成三維微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；結(jié)合柔性薄膜材料優(yōu)異的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可得到具有表面功能可調(diào)控的多種復(fù)合薄膜材料（Langmuir，DOI:10.1021/la4063745，2013；Applied Physics Letters，2012, 033249APL；MEMS2013，p 331-334）。為量化分析和表征復(fù)雜的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，課題組研發(fā)了基于SEM成像原理的三維重建技術(shù)，能夠從單張SEM照片重建出立體的納米結(jié)構(gòu)，可直接獲得高度、寬度、密度、表面粗糙度等數(shù)據(jù)。2013年與國際知名軟件公司Intellisense合作，共同推出了國際上第一款商用三維納米結(jié)構(gòu)重建軟件工具NanoViewer1.0（Transducers2013，p2700-2703）。
基于上述制造方法，課題組不僅得到了可控的超疏水和超親水特性、自清潔的特殊表面以及具有靈敏度增強(qiáng)和拉曼增強(qiáng)效果的微流道等，還將這些微納復(fù)合結(jié)構(gòu)用在高性能微型能量采集器的研發(fā)中。通過在PDMS薄膜表面制備微米納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用三明治和層疊結(jié)構(gòu)提高有效摩擦面積，從而增強(qiáng)電荷密度，研發(fā)了輸出功率密度很高的納米摩擦發(fā)電機(jī)（Nano Letter，DOI: 10.1021/nl3045684，2013；Nano Energy，DOI:10.1016/j.nanoen.2013.04.009，2013）以及國際上第一個(gè)透明的單表面摩擦納米發(fā)電機(jī)，可以直接裝貼于智能手機(jī)屏幕上采集使用者日常操作的能量（Energy Environment Science，DOI:10.1039/C3EE42311E，2013），并有望進(jìn)一步開發(fā)出自供能的觸控面板和電子皮膚等產(chǎn)品。
同時(shí)，課題組將壓電式與摩擦式發(fā)電機(jī)理相結(jié)合，研發(fā)出能夠有效收集環(huán)境中振動(dòng)能的低頻寬頻帶復(fù)合發(fā)電機(jī)，《中國科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》2013年第8期以封面的形式報(bào)道了相關(guān)進(jìn)展（Vol. 56 (8): 1834-1841），得到國內(nèi)外同行的高度關(guān)注。
以上系列進(jìn)展為大規(guī)模微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造及其在微能源等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“納米制造的基礎(chǔ)研究”重點(diǎn)支持項(xiàng)目（項(xiàng)目資助號：91023045）和面上項(xiàng)目（項(xiàng)目資助號：61176103）等資助。
