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　　工學(xué)院方岱寧課題組在高分子自折紙方面取得進(jìn)展

　　北京大學(xué)工學(xué)院方岱寧">方岱寧課題組與美國(guó)佐治亞理工學(xué)院H. Jerry Qi課題組合作，在高分子材料自折紙方面取得最新進(jìn)展。相關(guān)研究成果于4月28日在線發(fā)表于Science Advances (Zhao, Z., Wu, J., Mu, X., Chen, H., Qi, H.J. and Fang, D., 2017. Origami by frontal photopolymerization. Science Advances, 3(4), p.e1602326.)。

　　近年來(lái)，通過(guò)功能材料及特定激勵(lì)誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自發(fā)變形的自折紙技術(shù)吸引了越來(lái)越多的研究興趣。自折紙結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和廣泛的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性，在可穿戴電子器件、軟機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)以及力學(xué)超材料等領(lǐng)域展示出廣闊的前景。目前的自折紙技術(shù)大多依賴于復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特定材料體系或者冗余的制備工藝，這些因素極大限制了其實(shí)際應(yīng)用。

　　方岱寧">方岱寧課題組在研究中發(fā)現(xiàn)，利用高分子光聚合時(shí)的體積收縮效應(yīng)，無(wú)需引入特殊材料或額外激勵(lì)，就可以實(shí)現(xiàn)自發(fā)折紙過(guò)程。對(duì)于復(fù)合材料制備和傳統(tǒng)3D打印，高分子的體積收縮會(huì)誘發(fā)形狀畸變，往往被認(rèn)為是有害的，而該團(tuán)隊(duì)的研究則起步于一個(gè)不同的角度。在正面光聚合(Frontal photopolymerization)過(guò)程中，高分子從接受光照的一側(cè)連續(xù)固化并逐漸增加厚度，由于體積收縮效應(yīng)，固化的材料中產(chǎn)生了非均勻殘余應(yīng)力場(chǎng)，最先固化的材料中存在壓縮殘余應(yīng)力，而后續(xù)固化的材料存在拉伸殘余應(yīng)力，驅(qū)使高分子膜沿著光路向后續(xù)固化的方向發(fā)生彎曲變形。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，改變正面光聚合的入射光強(qiáng)和光照時(shí)間，高分子膜彎曲的曲率可以被定量調(diào)控?；谶@個(gè)思路，將可以產(chǎn)生非均勻光強(qiáng)分布的灰度圖像投影到一層液體單體上，強(qiáng)光下固化的高分子層不會(huì)彎曲，弱光下的高分子層則呈現(xiàn)較大的彎曲變形，從而制備出復(fù)雜的三維折紙結(jié)構(gòu)，包括多面體膠囊、花瓣以及紙鶴等。這項(xiàng)技術(shù)為自折紙研究提供了一個(gè)新的方向，即調(diào)控材料固有的內(nèi)應(yīng)力。該課題還在自折紙領(lǐng)域進(jìn)行了一些其他方向的探索，如溶劑誘導(dǎo)的可逆自折紙技術(shù)(Zhao, Z., Wu, J., Mu, X., Chen, H., Qi, H.J. and Fang, D., 2016. Desolvation Induced Origami of Photocurable Polymers by Digit Light Processing. Macromolecular Rapid Communications.)。

　　以上論文第一作者為工學(xué)院博士生趙則昂，通訊作者為方岱寧">方岱寧院士和佐治亞理工學(xué)院的H. Jerry Qi教授。該研究得到國(guó)家留學(xué)基金委及美國(guó)自然科學(xué)基金的支持。

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