这种古老的纸艺可以制作出灵活、超强的电子产品

这种古老的纸艺可以制作出灵活、超强的电子产品

得益于剪纸艺术(Kirigami),可拉伸的等离子显示器和电池很快就会变得更加现实。

全国各地的材料设计团队都在从这种折纸变体中汲取灵感——这种折纸在 20 世纪 60 年代在美国流行起来,此后一直用于制作纸工艺品——来设计可拉伸和可弯曲的导体(导电材料)。导体是现代电子产品的基础:每部手机、电视和电脑都使用它们。

密歇根大学的研究人员采用微观方法,在剪纸艺术的启发下制作导体,在导电材料上开小切口,将应力分散到更大、可预测的区域。密歇根大学工程学教授尼古拉斯·科托夫博士表示,设计柔性材料时,最大的障碍是未知和变化的应变点。

“通常情况下,导体所能承受的应变为 2%”,科托夫说道,“但当我们将剪纸图案放在那张纸上时,结果发现我们确实可以大幅增加应变,至少增加几个数量级。”

这项研究发表在《自然材料》杂志上,研究表明复合板材实际上可以承受高达 370% 的应变,而原来的应变仅为 4%。

在这种方法中,材料本身会膨胀;它是一种极易伸展、具有分散应力的柔性网。但是,为了避免在等离子屏幕中使用时出现缝隙,科托夫说,材料必须分层,而且切口要比目前的原型小得多。

密歇根大学的研究人员展示了可拉伸导电纳米复合材料的纸质原型。Joseph Xu/密歇根工程通讯

该技术距离用作消费技术的显示器还有很长的路要走,但科托夫表示,该技术背后的理念是多功能的,可用于各种各样的应用。

亚利桑那州立大学的研究人员正致力于利用剪纸技术重新设计锂离子电池。但他们不是在材料本身上进行微切割,而是切割材料的形状,以便折叠成可拉伸的形状。

亚利桑那州立大学副教授姜汉清博士表示,他的团队利用这项技术制作出了一块 400 mAh 的柔性锂离子电池,能够将现代智能手表的容量翻倍。他的设计希望让表带成为电池,节省手表中的宝贵空间,并使硬件更薄。

“手表需要面对我们的物理环境,”江说。“目前的智能手表,电池受到体积的限制。在表带方面,体积还没有得到利用。”

江教授曾发表过使用折纸制作电池的研究成果,他将切割导电材料的技术比作剪出纸娃娃链,就像儿童艺术作品一样。通过这种方法,亚利桑那州立大学的团队能够制造出柔韧的电池,而不会使其过厚,江教授说,电池的尺寸没有限制——唯一的限制就是体积。

ASU 的研究人员已将这项技术授权给一些未具名的公司,但仍将研究重点放在可穿戴设备和消费电子产品上。

科托夫熟悉亚利桑那州立大学的研究,并解释了他们的技术有何不同。

科托夫说:“(蒋)在宏观层面上制作了电池和剪纸图案。我们做的是小规模的。我们从下往上,然后从上往下。”

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