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受折纸启发,科学家打造纳米级3D微观结构

如意 来源:cnBeta.COM 作者:cnBeta.COM 2020-12-23 11:04 次阅读

从日本的折纸艺术形式中,工程师们可以学到很多东西,从用纸和水制作的廉价电池到通过加热激活的小型机器人。虽然折纸得到了很多人的关注,但一种被称为kirigami的变体也有很多好处。一个科学家团队首次将这一技术降至纳米级,他们说这一突破为从机器人到航空航天的应用提供了新的可能性。

irigami和折纸很像,除了将纸折叠成不同的形状外,还要在选定的地方仔细切割,以实现成品。最近,我们看到工程师们从这种艺术形式中获得灵感,开发出了可以旋转追踪太阳的新型太阳能电池、可以自我推进的机器人蛇以及可以膨胀成疯狂的形状的可编程气球。

这些类型的结构是通过非常精确地放置几何切割来实现的,这些切割赋予了非常薄的材料薄膜独特的属性集,但到目前为止,只是在宏观尺度上,或者说人眼能看到的。目前,西北大学的科学家已经成功地将这一技术应用于纳米级的结构测量。作为参考,一根人类头发的直径约为10万纳米。

该团队从超薄薄膜开始,并在整个薄膜上进行了精心放置的kirigami切割。这些薄膜中的残余应力就会产生结构上的不稳定性,进而引起切口及其周围的变化,将2D材料变成工程化的3D结构。这些切割可以改变材料的弯曲和扭曲,并创造出不同寻常的3D形状,包括对称和非对称。

根据研究人员的说法,这些形状可以在各种领域找到用途,从微小的机器人抓手,到光学应用的空间光调制器,再到控制飞机机翼的流动。从这里开始,该团队计划继续探索kirigami工程技术的潜力,包括加入执行器以部署或控制成品的可能性。

“通过结合纳米制造、原位显微镜实验和计算建模,我们揭示了kirigami结构的丰富行为,并确定了其在实际应用中的使用条件,”领导这项研究的Horacio Espinosa说。

该研究发表在《先进材料》杂志上。
责编AJX

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