Новости

Nov 29, 2023

Ученые обнаружили покрытие из жидкого металла, которое придает бумаге собственный разум

dinn/iStock Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время. Вы видели видеоролики оригами, где благодаря эффекту покадровой анимации кажется, что бумага складывается?

твой/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Вы видели видеоролики оригами, где благодаря эффекту покадровой анимации кажется, что бумага сама по себе складывается в красивые фигуры? Ученые из Университета Цинхуа в Китае совершили прорыв в области умных материалов, которые могут сделать это реальностью.

Команда разработала новое жидкометаллическое покрытие, которое может превратить обычную бумагу в самоклеящиеся гаджеты, способные проводить тепло и электричество. Хотя жидкий металл используется в схемах и носимых датчиках, возможность использования его в качестве покрытия до сих пор не изучалась.

Исследователи успешно разработали жидкий сплав и нанесли его на бумагу с помощью техники тиснения, исключив необходимость использования клея. Это открывает новые возможности для создания легких, гибких интеллектуальных объектов и мягких роботов, способных работать автономно в различных средах. Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Physical Science, изучает потенциал жидкого металла в качестве покрытия и его различные применения.

Команда под руководством Бо Юаня из Университета Цинхуа в Китае экспериментировала с различными комбинациями сплавов, чтобы проверить адгезию жидкометаллического покрытия. Они сравнили сплав индия/галлия (eGaIn) со сплавом оксидов висмута, индия и олова (BiInSn) и обнаружили, что последний обеспечивает превосходную адгезию и стабильность.

В отличие от eGaIn, BiInSn не окисляется на воздухе, обеспечивая адгезию, не зависящую от оксидной пленки. Кроме того, BiInSn, являющийся твердым при комнатной температуре и имеющим более высокую температуру плавления, дает еще одно преимущество, заключающееся в том, что он не превращается в жидкость при температуре ниже 144° по Фаренгейту (62° градуса).

«Нам нужно было обеспечить равномерную адгезию жидкого металла на различных бумагах в больших масштабах и сохранить стабильность покрытия», — рассказал Бо Юань Ars Technica. «Чтобы решить эти проблемы, мы изменили давление, оказываемое на штамп, а также скорость трения, использованную в экспериментах, и, наконец, нашли наиболее подходящие параметры».

Команда сложила бумагу с жидким металлическим покрытием в кубики оригами и наблюдала, как они могут самостоятельно разворачиваться и складываться благодаря самоклеящейся природе покрытия. Кроме того, 3D-структуры с использованием отдельных кусочков бумаги с металлизированным покрытием сохраняли свою форму без каких-либо дополнительных связующих веществ.

Металлическое покрытие, которое легко снимается, позволяет перерабатывать и повторно использовать бумагу, не затрагивая основную бумагу.

Бо Юань и его команда надеются найти покрытие, которое сохранит свою адгезию после затвердевания. Они полагают, что биобезопасный аэрозольный баллончик, основанный на этой технологии, может произвести революцию в упаковке: коробки могут открываться и закрываться сами по себе; и здравоохранение: повязки, которые снимаются, не оставляя на коже лысины.

Мягкие роботы, оснащенные покрытием из жидкого металла, могут облегчить передвижение по сложной местности, а самоклеящаяся конструкция позволяет им складываться или раскладываться по мере необходимости и отправляться в районы, неподходящие для более крупных марсоходов.

Это исследование представляет собой значительный прогресс в исследованиях интеллектуальных материалов. «Используя наш метод, можно быстро создавать интеллектуальные материалы с хорошей тепло- и электропроводностью, а также возможностью настройки жесткости», — добавил Юань. «Я думаю, что этот метод может открыть новый путь для проектирования космических кораблей».

Исследование Аннотация

Внедрение бумаги и оригами в промышленность и повседневную жизнь стало визитной карточкой человеческой цивилизации. Однако эффективность оригами ограничена свойствами составляющих материалов, включая долговременный изгиб, электрическую и теплопроводность. Здесь мы сообщаем о новом методе прямого приклеивания жидкого металла на несмачиваемые подложки в больших масштабах, позволяющем регулировать механические и электрические свойства улучшенной бумаги путем контроля приложенной силы во время изготовления. Объяснен механизм силовой адгезии между различными жидкими металлами (eGaIn и BiInSn) и несмачивающими подложками. Кроме того, многофункциональные конструкции-оригами на основе улучшенной бумаги могут переключаться между несколькими режимами деформации и включать в себя антенну с памятью формы для приема и передачи электромагнитных сигналов. Эта работа предлагает обобщенный подход к разработке многофункциональной бумаги для применения в портативных испытательных платформах, гибких устройствах и мягкой робототехнике.