供稿人:武向權(quán)，連芩 發(fā)布日期：2018-04-24
北京大學(xué)工程學(xué)院Zeang Zhao等人基于正向光固化（frontal photopolymerization）技術(shù)制造了一種4D打印折紙結(jié)構(gòu)。折紙結(jié)構(gòu)正越來越多的應(yīng)用于微電子、軟驅(qū)動(dòng)器、力學(xué)超材料、生物醫(yī)學(xué)器件等方面，目前制造折紙結(jié)構(gòu)仍有很多限制，例如復(fù)雜的材料體系和冗長的處理過程。通過利用一臺(tái)商用的投影機(jī)來正向光固化液態(tài)樹脂，研究人員提出了一種簡單的打印辦法來制造折紙結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)技術(shù)所采用的原理為樹脂在固化過程中的體積收縮。
圖1 在正向光固化中因收縮引起的彎曲（a）聚合物片層的連續(xù)收縮和內(nèi)應(yīng)力示意圖（b）在有PDMS基底時(shí)的收縮彎曲（c）在無PDMS基底時(shí)的收縮彎曲
研究結(jié)果表明，在正向曝光下，由于基底對(duì)于固化樹脂的束縛，會(huì)在樹脂中形成內(nèi)應(yīng)力梯度，造成接近基底部分為壓應(yīng)力，原力基底部分為拉應(yīng)力（圖1）。從基底取下固化片層后，在內(nèi)應(yīng)力的作用下，片層會(huì)自然彎曲。通過變化曝光掩膜的灰度值和曝光參數(shù)可以控制這種內(nèi)應(yīng)力的形成，可以制造不同的折紙結(jié)構(gòu)（圖2）。
圖2 折紙結(jié)構(gòu)的制造（a）板光強(qiáng) 15mWcm?2; 腿光強(qiáng), 3mWcm?2;曝光時(shí)間, 10 s；（b）自由彎曲效果；（c）進(jìn)行紫外光照后處理固定形狀；（d）后處理后的力學(xué)性能演示；（e）花瓣結(jié)構(gòu)；（f）連續(xù)變曲率結(jié)構(gòu)；
該研究展示了一種簡潔的折紙結(jié)構(gòu)制造方法，所采用的工藝方法具有高效可控的優(yōu)點(diǎn)，有望應(yīng)用在柔性電子器件制造等方面。