“光折紙術”有望帶來全新三維結構制造技術

“光折紙術”有望帶來全新三維結構制造技術

據物理學家組織網報道，美國卡羅拉多大學博爾德分校機械工程師最近開發出一種用特定波長的光來折疊物體的技術，這種“光折紙術”有望帶來一種全新的三維結構制造技術。

實驗中，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。首先，將聚合物拉伸產生機械張力，然后用光照射它的某個區域，比如折線的地方，這會讓光敏劑分解為自由基。自由基具有高度活性，會使聚合物分子鏈斷裂重組，以緩解該區域張力。材料自身為了實現機械均衡，重新分布張力導致形變，使材料沿著照射線折疊起來。“這是一種非接觸式方法。通過三維編程和計算機模擬操縱，能讓聚合物薄膜精確地彎曲及折疊。”領導該研究的機械工程教授馬丁·鄧恩解釋說。

整個過程是一次折疊，每增加一次折疊要重復照射、變形的步驟。這些步驟按特定的順序進行，就能造出復雜的形狀。

這種“光折紙術”只靠光和機械張力來折疊材料，有望成為一種更簡單的、自動連續的折疊工藝。研究人員介紹說，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可大大簡化工藝，獲得更廣泛的應用。“理論上講，該技術能以任意方向，按任意順序制造出由各種彎曲和折疊構成的復雜結構。”鄧恩說，“我們可以通過計算機模擬來設計大量結構。”

“光折紙術”的應用遠遠超出了折紙作為一種創造性藝術的最初領域。研究人員說，當一件物品需要存儲、運輸之后再打開使用，技術性折紙術就非常關鍵。比如，用于太空太陽能電池組、自動安全氣囊、組織工程、包裝箱，以及最大化捕獲光能的光伏電池等。除了宏觀領域，還可用于微觀和納米領域，比如，折疊分子改變其形狀，就能改變分子屬性。“我們還打算制造更小更精密的，能大批量生產的結構，賦予它們多重物理功能。”鄧恩說。

（文／常麗君）

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