“kirigami削减” - 日本艺术形式激发了新的工程技术

时间：2022-01-04 09:52:06 来源：

新的研究允许每个Kirigami主题弯曲成多种形状。

'Kirigami Cuts'可用于创建3D微结构和纳米机池。

纸雪花，弹出儿童的书籍和精心纸牌的纸牌是不仅仅是公正者的感兴趣。一个西北大学工程师的团队正在使用从纸张折叠实践中取得的想法来创建一个复杂的3D打印替代品。

Kirigami来自日语“Kiru”（削减）和“kami”（纸），是一种传统形式的艺术形式，其中纸张精确地切割并转变为3D对象。使用材料和软件的薄膜选择精确的几何切割，工程师可以通过从实践中获取灵感来创造各种复杂的结构。

已发布于2015年的研究，在Kirigami“弹出”制作模型中显示了承诺。在这种迭代中，由切口产生的状状结构是开放的形状，具有有限的实现闭合形状的能力。同样灵感上的其他研究建筑主要展示了Kirigami可以用纸张的简单材料应用于Macroscale。

但新研究发表于2020年12月22日，在期刊上，先进的材料进一步前进。

McCormick工程学院机械工程教授Horacio Espinosa表示，他的团队能够将设计和Kirigami的概念应用于纳米结构。Espinosa领导了这项研究，是制造业和企业家的詹姆斯N.和Nancy J. Farley教授。

“通过结合纳米制造，原位显微镜实验和计算建模，我们解开了Kirigami结构的丰富行为，并确定了在实际应用中使用的鉴定条件，”Espinosa表示。

研究人员首先在半导体制造中使用最先进的方法创建2D结构，并在超薄薄膜上小心地放置“基伐木切”。薄膜中残余应力引起的结构不稳定性，然后产生明确定义的3D结构。工程化的Kirigami结构可以在许多应用中采用，该应用范围从微米夹持器（例如细胞拣选）到空间光调制器以在飞机翼中流动控制。这些能力定位了生物医学设备，能量收集和航空航天中的潜在应用的技术。

通常，可以通过单个Kirigami主题创建的形状数量是限制性的。但是，通过使用切割的变化，该团队能够展示薄膜弯曲和扭曲，从而导致更宽的形状 - 包括对称和不对称的配置。研究人员首次展示了使用几十纳米的膜厚度的微观的结构，可以实现不寻常的3D形状并具有更广泛的功能。

例如，静电微型缠结符快速关闭，这可能是柔软样品的苛刻。相比之下，基于Kirigami的镊子可以通过调整拉伸量来精确设计以精确地控制抓取力。在此和其他应用程序中，设计切割位置和基于计算机模拟的结构行为的能力取出了试验和错误，节省了过程中的金钱和时间。

espinosa表示，espinosa表示，他的团队计划探索Kirigami设计的大型空间，包括阵列配置，以实现更大的可能功能。未来研究的另一个领域是嵌入用于Kirigami部署和控制的分布式执行器。通过进一步调查技术，该团队认为Kirigami可以对建筑，航空航天和环境工程产生影响。

参考：“基提米工程 - 纳米级结构展出了一系列可控3D配置”，由徐张，李张麦片，浩冈蔡，弗拉基米尔·阿克斯雅，六世埃斯克萨和丹尼尔·洛佩兹，2020年12月22日，先进的材料.DOI：
10.1002 / ADMA.202005275

本文，“基提米工程：纳米级结构呈现一系列可控配置，“美国能源部（合同号DE-AC02-06CH11357）支持。宾夕法尼亚州的合作者是埃斯皮奥萨和大卫洛佩兹。

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