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這種新技術不需要直接接觸材料就可以創建各種形狀的物體,比如立方體或金字塔
據國外媒體11月14日報道,最近,美國北卡羅來納州立大學的一個研究小組開發出一種簡單的方法,僅僅使用光線就可以把二維(2D)模式轉換成三維(3D)物體。
關於此項研究成果的研究報告題為:《通過吸收光使聚合物薄片自動折疊》(Self-folding of polymer sheets using local light absorption),發表在11月10日的《軟材料》雜誌(journal Soft Matter)上。此項研究報告的合著者、北卡羅來納州立大學的化學和生物分子工程學院的助理教授邁克爾迪基博士(Dr. Michael Dickey)説:“這是對現有材料的一個新的應用,並具有在快速、大批量製造工藝或包裝方面的應用潛力。”
其實這個過程非常簡單。研究人員首先拿著一張預應力(pre-stressed )塑料薄片,把它放在傳統的噴墨打印機上,在塑料薄片上打印出了粗體的黑線。然後放在熱燈發出的紅外光下,這張塑料薄片上的粗體黑線比其它地方吸收更多的光能量,使塑料收縮,形成絞鏈(用來連接兩個固體,並允許兩者之間做轉動的機械裝置),從而使塑料薄片自動折疊成??三維模型。研究人員稱,這種技術可用於創建各種形狀的物體,比如立方體或金字塔,而不需要直接接觸材料。該技術還可與商業印刷技術合用,如絲網印刷、卷對卷印刷和噴墨印刷,不但廉價而且效率高,但本質上是2-D模式。
研究人員通過設置黑線(或鉸鏈)的寬度,改變每個鉸鏈的折疊角度。例如,他們可以創建一個鉸鏈折疊成90度的一個立方體,或一個鉸鏈折疊成120度的一個金字??塔。鉸鏈越寬,可折疊的角度越大,折疊得越快,因為有更多的表面積來吸收光能量。迪基説:“你也可以在材料的兩面打印黑線,這樣形成的鉸鏈可在不同的方向折疊,這使您可以創建更複雜的結構。”
研究人員對此還開發出一種計算機軟體模型,解釋該技術的原理和工作流程,獲得了兩個重要的發現:首先,鉸鏈的表面溫度必須比該材料的玻璃化轉變溫度(開始軟化點)高;其次,熱量必須集中在鉸鏈部分,以快速和有效地折疊。如果該材料的所有部分都被加熱到玻璃化轉變溫度,就不可能折疊。迪基説:“事實證明,它的工作原理也是出乎意料的好。”
此項研究的部分科研經費由美國能源部提供。
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