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受蝴蝶启发,用复合材料打造可皱折可恢复的电子产品

2024-01-08 15:45:34 综合报道 阅读:
亚洲大学和韩国其他研究所的研究人员最近推出了一种新设计,用于开发可皱折恢复的电子产品,换句话说,电子产品在被弄皱或挤压成更小尺寸后可以恢复其原始形状。

在过去的几十年里,电子工程师创造了各种形状和设计日益复杂的设备,包括折叠手机。kHnednc

亚洲大学和韩国其他研究所的研究人员最近推出了一种新设计,用于开发可皱折恢复的电子产品,换句话说,电子产品在被弄皱或挤压成更小尺寸后可以恢复其原始形状。kHnednc

该设计已发表于《自然电子》杂志上,据称其灵感来自蝴蝶离开茧时展开翅膀的机制。kHnednc

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蝴蝶出生之前,它的翅膀会折叠起来,并在茧内折叠起来。值得注意的是,茧内部的翅膀被生物液体弄湿,这可以防止它们在皱巴巴的情况下受到损坏。当蝴蝶破茧而出时,液体会蒸发,使其慢慢展开翅膀,从而消除折叠时出现的皱纹。kHnednc

受这种自然机翼展开机制的启发,研究团队先研发了一种具有可变刚度的复合材料。这种材料的硬度和柔软度可以控制,不需要额外的物质。这使得它可被用于开发出灵活且坚固的电子产品,即使在被弄皱后也不会出现皱纹。kHnednc

据悉,该材料的核心底层设计集成了银纳米线、形状记忆聚合物 (SMP) 和弹性体。银纳米线不仅具有导电性,而且还充当机械传感元件。它们有助于通过焦耳热改变 SMP 的相,这就是使用电流加热材料的过程。kHnednc

该研究团队提出的设计工作原理如下:当电子设备被弄皱时,其所含的 SMP(一种柔性材料)可以使其折叠而不会出现永久性损坏。如果通过一系列银纳米线对这种材料施加热量,它就会发生转变并变得坚硬。kHnednc

这种变化有助于电子器件展开并恢复其原始的扁平形状,而不会出现任何永久性的皱纹或损坏。使用该设计创建的设备可以承受反复弄皱和展开,而不会失去功能。该设计还具有很高的包装效率,允许设备被压缩到非常小的空间(如 1 毫升胶囊),然后膨胀回原来的状态尺寸。kHnednc

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图片来源:Roh 等人kHnednc

这项独特设计具有几个有利的特点。首先,它允许用户根据自己的需要轻松调节设备的刚度。kHnednc

这些设备在被弄皱后可以恢复原来的形状和功能,这是受大自然启发的特性。kHnednc

为了展示他们的设计,研究人员迄今为止已使用它来创建 7 厘米 x 7 厘米的触摸屏显示器。他们表明,这种显示器可以被揉皱成一个微小的胶囊,然后展开,成为一个可以检测触摸的光滑平坦的表面。kHnednc

本质上,折皱可恢复电子产品将自然系统的弹性与现代技术的精度融为一体,为设计灵活耐用的电子设备提供了一种新颖的方法。kHnednc

如今,人们已经习惯了可弯曲或折叠的电子设备(例如可折叠手机),预计未来对可定制的可变形电子设备的兴趣将会增加。kHnednc

大多数先前开发的变形装置都是基于可折叠结构,通过重复类似的动作折叠在精确的位置。随着时间的推移,这些装置可能会老化,例如在折叠部位产生皱纹、折痕或结构损坏。kHnednc

这项研究可以解决这些问题,从而有可能直接促进可定制形状改变电子设备的开发,也可以应用于触摸板或显示器,它们可能在可穿戴技术和机器人技术中特别有用,因为它们能够改变形状和灵活的性质,使它们适合任何需要与设备交互的领域。kHnednc

研究团队设计的折皱可恢复电子设计可能对广泛的应用具有价值。除了帮助开发变形机器人、适应性强的可穿戴电子产品和可压缩显示器之外,它还可以用于为先进的医疗和工程应用创建自愈材料。kHnednc

责编:Demi
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