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“光折紙術(shù)”有望帶來(lái)全新三維結(jié)構(gòu)技術(shù)
最近更新時(shí)間：2013-2-26
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“光折紙術(shù)”有望帶來(lái)全新三維結(jié)構(gòu)技術(shù)
美國(guó)卡羅拉多大學(xué)博爾德分校機(jī)械工程師zui近開(kāi)發(fā)出一種用特定波長(zhǎng)的光來(lái)折疊物體的技術(shù)，這種“光折紙術(shù)”有望帶來(lái)一種全新的三維結(jié)構(gòu)技術(shù)。相關(guān)論文發(fā)表在zui近出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》上。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員用一種含有光敏劑的平面二維聚合物演示了這種光折疊物體的新技術(shù)。首先，將聚合物拉伸產(chǎn)生機(jī)械張力，然后用光照射它的某個(gè)區(qū)域，比如折線的地方，這會(huì)讓光敏劑分解為自由基，自由基具有高度活性，會(huì)使聚合物分子鏈斷裂重組，以緩解該區(qū)域張力。材料自身為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械均衡，重新分布張力導(dǎo)致形變，使材料沿著照射線折疊起來(lái)。“這是一種非接觸式方法，通過(guò)三維編程和計(jì)算機(jī)模擬操縱，能讓聚合物薄膜地彎曲及折疊。”領(lǐng)導(dǎo)該研究的機(jī)械工程教授馬丁·鄧恩解釋說(shuō)。
整個(gè)過(guò)程是一次折疊，每增加一次折疊要重復(fù)照射、變形的步驟，這些步驟按特定的順序進(jìn)行，就能造出復(fù)雜的形狀。
這種“光折紙術(shù)”只靠光和機(jī)械張力來(lái)折疊材料，有望成為一種更簡(jiǎn)單的、自動(dòng)連續(xù)的折疊工藝。研究人員介紹說(shuō)，目前能按照編程程序折疊材料的方法有很多，但大部分方法都要在材料上附加一些操作裝置，從外部施加操作壓力。這種讓材料自行折疊而不需要附加因素的新技術(shù)可大大簡(jiǎn)化工藝，獲得更廣泛的應(yīng)用。“理論上講，該技術(shù)能以任意方向，按任意順序出由各種彎曲和折疊構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。”鄧恩說(shuō)，“我們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)設(shè)計(jì)大量結(jié)構(gòu)。”
“光折紙術(shù)”的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了折紙作為一種創(chuàng)造性藝術(shù)的zui初領(lǐng)域。研究人員說(shuō)，當(dāng)一件物品需要存儲(chǔ)、運(yùn)輸之后再打開(kāi)使用，技術(shù)性折紙術(shù)就非常關(guān)鍵。比如用于太空太陽(yáng)能電池組、自動(dòng)安全氣囊、組織工程、包裝箱，以及zui大化捕獲光能的光伏電池等。除了宏觀領(lǐng)域，還可用于微觀和納米領(lǐng)域，比如折疊分子改變其形狀，就能改變分子屬性。“我們還打算更小更精密的，能大批量的結(jié)構(gòu)，賦予它們多重物理功能。”鄧恩說(shuō)。