在过去的几十年里，电子工程师创造了各种形状和设计越来越复杂的设备。这包括可折叠的电子产品，如可折叠手机，以及各种其他可压缩设备。
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，用于开发可弯曲可恢复的电子产品，换句话说，电子产品可以在被弯曲或压缩后恢复其原始形状，以缩小其尺寸。发表在《自然电子》杂志上的一篇论文概述了这一设计，其灵感来自于蝴蝶离开茧时展开翅膀的机制。
该论文的合著者Seungyong Han告诉Tech explore:“大自然中有很多不同的植物和动物，每一种植物和动物都是通过在极端环境中适应和进化而存活下来的。”“就我个人而言，我一直认为通过仔细观察这些现象，我们可以找到解决现代社会各种问题的线索。此外，从工程的角度来看，我相信我们可以实现改善人们日常生活的结果。”
在蝴蝶出生之前，它的翅膀在茧中折叠并揉成一团。值得注意的是，在茧内，翅膀被一种生物液体湿润，这可以防止它们在皱巴巴的时候被损坏。当蝴蝶从茧中出来时，液体会蒸发，使它能够慢慢展开翅膀，从而使它们在折叠时表现出的皱纹消散。
韩和他的同事们从这种自然的翅膀展开机制中获得灵感，开始着手设计一种电子产品。为了做到这一点，他们首先创造了一种可变刚度的复合材料。
这种材料的硬度和柔软度可以控制，而不需要额外的物质。这使得柔性和坚固的电子产品的开发充满希望，即使在它们被揉皱后也不会出现皱纹。
韩解释说:“我们的可折叠电子设备是为了模仿蝴蝶翅膀的非凡特性而设计的，蝴蝶翅膀可以在蛹中折叠，然后变得光滑而实用。”他们的核心基础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，而且还可以作为机械传感元件。它们通过焦耳加热帮助改变SMP的相位，焦耳加热是一种使用电流加热材料的过程。”
该研究小组提出的设计工作原理如下:当电子设备被折叠时，它所包含的SMP(一种柔性材料)允许它折叠而不会出现永久性损伤。如果通过一系列银纳米线加热这种材料，它就会变形并变得坚硬。
“这种变化有助于电子元件展开并恢复其原始的扁平形状，而不会产生任何永久的皱纹或损坏，”韩说。“使用我们设计的设备可以承受反复折叠和展开而不会失去功能。我们的设计还带来了高包装效率，允许设备被压缩到非常小的空间(如1毫升胶囊)，然后扩展到原来的大小。”
韩和他的同事介绍的独特设计有几个有利的特点。首先，它允许用户根据自己的需要轻松调节设备的刚度。
“在被揉皱后，这些设备可以恢复到原来的形状和功能，这是一种受大自然启发的特性，”韩说。
为了展示他们的设计，研究人员迄今为止已经用它制造了一个7厘米乘7厘米的触摸面板显示器。他们展示了这种显示器可以折叠成一个小胶囊，随后展开，成为一个光滑平坦的表面，可以检测触摸。
“从本质上讲，我们的可折叠电子产品将自然系统的弹性与现代技术的精确性相结合，为设计灵活耐用的电子设备提供了一种新方法，”韩说。“如今，人们已经习惯了可以弯曲或折叠的电子设备(例如可折叠手机)，预计未来人们对可定制的可变形电子设备的兴趣将会增加。”
大多数先前开发的形状改变设备都是基于可折叠结构，在精确的位置折叠，并通过重复类似的运动。随着时间的推移，这些设备可能会恶化，例如在它们折叠的地方产生皱纹、折痕或结构损坏。
“我们的研究可以解决这些问题，从而有可能直接促进可定制的变形电子设备的发展，”韩说。“我们开发的电子设备也可以应用于触摸面板或显示器，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，使它们适用于任何需要与人体互动的领域。”
韩和他的同事们设计的可折叠电子设计可能被证明具有广泛的应用价值。除了帮助开发可变形机器人、适应性可穿戴电子产品和可压缩显示器外，它还可以用于制造用于先进医疗和工程应用的自修复材料。
“需要注意的重要一点是，自我修复材料仍处于发展的早期阶段，”韩说。“在寻找这些开发材料可以应用于何处和用途的过程中，有很多机会。我们的自修复电子设备与现有自修复材料的区别在于，之前的材料专注于恢复其原始形状，而我们的自修复电子设备专注于可定制的'形状变化'，并在变形后保持功能和适应性。”
韩和他的同事们现在正试图用他们的设计来制造各种各样的电子产品，这些电子产品随后可能会商业化。他们目前正在研究一种集成了发光层和触摸面板的显示器，这种显示器可以折叠和缩小尺寸，而不会形成任何褶皱或影响其性能。这种显示器最大的优点是用户可以快速折叠并存储在小空间中，然后在需要时展开它。
韩补充说:“随着led或聚合物二极管的发展，我们正致力于通过将这种技术与我们自己的技术相结合，创造出可以灵活改变形状的显示器。”“考虑到全球各大公司正在开发可折叠手机，我们也在考虑进一步开发我们的技术，使其适用于这些设备所需的各种模块。这将为日常生活提供实用的便利，符合现代电子产品不断发展的需求。”
更多信息:Yeonwook Roh等人，基于塑性到弹性变形过渡的可弯曲可恢复电子产品，Nature electronics(2023)。期刊信息:Nature Electronics
?2024 Science X Network
引用蝴蝶灵感设计，创造可折叠的电子产品
nics(2024, 1月5日)从https://techxplore.com/news/2024-01-butterfly-crumple-recoverable-electronics.html检索2024年1月5日
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