Abstract Dynamic microscale surface topographies are desired in smart optics, controlling surface wettability and preventing marine biofouling. Voltage-controlled reversible responses have demonstrated potential for reliable reproducibility and stability, fast response, and for actuating thin films fixed over large solid surfaces. To obtain reversible deformation with regular geometric patterns, however, electrical methods have had to be coupled with mechanical stretching/bending and other ways to induce anisotropy. There is a great need and potential for on-demand electrical generation of programmable complex responsive surface patterns. Here we demonstrate a responsive polymer coating over an underlying pattern of counter electrodes which can be activated selectively. We present a patternable electrode printing method to achieve localized and structured wrinkling deformation without mechanical pre-force deformation. We discover that below a minimal separation distance, electrodes below the polymer act as a single electrode. We establish parameters that govern the alignment of wrinkles and quantify the regularity and direction of the new patterns between electrodes separated by larger than this distance. We analyze and quantify the regularity of the formed wrinkling patterns by four disorder metrics: box-counting fractal dimension, tortuosity, angle distribution, and branch number. We demonstrate the application of such electrode/wrinkles-on-demand patterning with a working multi-state light reflection–diffusion–grating device.

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用于可切换光反射-扩散-光栅器件的具有可控起皱图案的电响应表面

摘要 在智能光学中需要动态微尺度表面形貌，控制表面润湿性和防止海洋生物污垢。电压控制的可逆响应已证明具有可靠的再现性和稳定性、快速响应以及驱动固定在大固体表面上的薄膜的潜力。然而，为了获得具有规则几何图案的可逆变形，电方法必须与机械拉伸/弯曲和其他方式相结合以引起各向异性。可编程复杂响应表面图案的按需发电存在很大的需求和潜力。在这里，我们在可以选择性激活的对电极的底层图案上展示了响应性聚合物涂层。我们提出了一种可图案化的电极印刷方法，以在没有机械预力变形的情况下实现局部和结构化的起皱变形。我们发现在最小间隔距离以下，聚合物下方的电极充当单个电极。我们建立了控制皱纹排列的参数，并量化了间隔大于此距离的电极之间新图案的规律性和方向。我们通过四个无序度量来分析和量化形成的皱纹模式的规律性：盒数分形维数、曲折度、角度分布和分支数。我们展示了这种电极/皱纹按需图案化与工作多态光反射-扩散-光栅装置的应用。我们发现在最小间隔距离以下，聚合物下方的电极充当单个电极。我们建立了控制皱纹排列的参数，并量化了间隔大于此距离的电极之间新图案的规律性和方向。我们通过四个无序度量来分析和量化形成的皱纹模式的规律性：盒数分形维数、曲折度、角度分布和分支数。我们展示了这种电极/皱纹按需图案化与工作多态光反射-扩散-光栅装置的应用。我们发现在最小间隔距离以下，聚合物下方的电极充当单个电极。我们建立了控制皱纹排列的参数，并量化了间隔大于此距离的电极之间新图案的规律性和方向。我们通过四个无序度量来分析和量化形成的皱纹模式的规律性：盒数分形维数、曲折度、角度分布和分支数。我们展示了这种电极/皱纹按需图案化与工作多态光反射-扩散-光栅装置的应用。我们建立了控制皱纹排列的参数，并量化了间隔大于此距离的电极之间新图案的规律性和方向。我们通过四个无序度量来分析和量化形成的皱纹模式的规律性：盒数分形维数、曲折度、角度分布和分支数。我们展示了这种电极/皱纹按需图案化与工作多态光反射-扩散-光栅装置的应用。我们建立了控制皱纹排列的参数，并量化了间隔大于此距离的电极之间新图案的规律性和方向。我们通过四个无序度量来分析和量化形成的皱纹模式的规律性：盒数分形维数、曲折度、角度分布和分支数。我们展示了这种电极/皱纹按需图案化与工作多态光反射-扩散-光栅装置的应用。