Изготовление в стиле киригами может создать новые 3D-наноструктуры

Новая техника, имитирующая древнее японское искусство киригами, может предложить более простой способ изготовления сложных трехмерных наноструктур для использования в электронике, производстве и здравоохранении.


Киригами совершенствует японское искусство оригами, которое включает в себя складывание бумаги для создания трехмерных структурных дизайнов, стратегически делая надрезы на бумаге перед складыванием. Этот метод позволяет художникам легче создавать сложные трехмерные структуры.

«Мы использовали киригами в наномасштабе для создания сложных трехмерных наноструктур», — сказал Дэниел Лопес, профессор электротехники и компьютерных наук Пенсильванского университета Лян и руководитель группы, которая опубликовала это исследование в Передовые . «Эти трехмерные структуры сложно изготовить, потому что современные процессы нанопроизводства основаны на , используемой для производства микроэлектроники, в которой используются только плоские или плоские пленки. Без методов киригами сложные трехмерные структуры было бы намного сложнее изготовить или просто невозможно сделать.»

Лопес сказал, что если к однородной структурной пленке приложить силу, на самом деле ничего не произойдет, кроме как немного растянуть ее, как это происходит, когда лист бумаги растягивается. Но когда на пленку делаются надрезы и силы прикладываются в определенном направлении, появляется структура, похожая на то, когда художник киригами применяет силу к вырезанной бумаге. Геометрия плоского рисунка разрезов определяет форму трехмерной архитектуры.

«Мы продемонстрировали, что можно использовать обычные плоские методы изготовления для создания различных трехмерных наноструктур из одной и той же двумерной геометрии среза», — сказал Лопес. «Внося минимальные изменения в размеры разрезов в пленке, мы можем кардинально изменить трехмерную форму всплывающих архитектур. Мы продемонстрировали наноразмерные устройства, которые могут наклонять или изменять свою кривизну, просто изменяя ширину разрезов. несколько нанометров «.

Эта новая область наноинженерии в стиле киригами позволяет разрабатывать и структуры, которые могут меняться от одной формы к другой или трансформироваться в ответ на изменения в окружающей среде. Одним из примеров является электронный компонент, который меняет форму при повышенных температурах, чтобы обеспечить больший поток воздуха внутри устройства, чтобы предотвратить его перегрев.

«Этот метод киригами позволит разработать адаптивную гибкую электронику, которая может быть встроена на поверхности со сложной топографией, например, , расположенный на человеческом мозге», — сказал Лопес. «Мы могли бы использовать эти концепции для разработки датчиков и исполнительных механизмов, которые могут изменять форму и конфигурацию для более эффективного выполнения задачи. Представьте себе потенциал структур, которые могут изменять форму при незначительных изменениях температуры, освещения или химических условий».

Лопес сосредоточит свои будущие исследования на применении этих методов киригами к материалам толщиной в один атом и тонким исполнительным элементам, сделанным из пьезоэлектриков. Эти 2D-материалы открывают новые возможности для применения структур, индуцированных киригами. Лопес сказал, что его цель — работать с другими исследователями из Исследовательского института материалов штата Пенсильвания (MRI) для разработки нового поколения миниатюрных машин, которые являются атомарно плоскими и более чувствительными к изменениям в окружающей среде.

« — мировой лидер в синтезе и описании 2D-материалов, которые представляют собой самые тонкие пленки, которые можно использовать для инженерии киригами», — сказал Лопес. «Более того, внедряя ультратонкие пьезо- и сегнетоэлектрические материалы в структуры киригами, мы разработаем гибкие и изменяющие форму структуры. Эти изменяющие форму микромашины будут очень полезны для приложений в суровых условиях, а также для доставки лекарств и мониторинга состояния здоровья. Я работаю над тем, чтобы превратить Penn State и MRI в место, где мы разрабатываем эти сверхмалые машины для различных приложений ».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments