NTU 校长参与!自折叠天然植物材料研发成功

2021-10-26     缘分

NTU 研究团队将向日葵花粉和打印机墨粉结合在一起,开发出了一种类似纸张的新材料,这种材料能够根据环境湿度自行折叠成不同的形状。

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团队合影 图源:NTU

该研究团队由校长Subra Suresh(右一)和材料科学与工程学院的Cho Nam-Joon教授(中)领导,共同作者包括机械与航天工程学院、化学与生物医学工程学院的助理教授Huang Changjin,以及博士后研究院和学生:Ze Zhao(lead author),Jatin Kumar,Youngkyu Hwang,Jingyu Deng,Mohammed Shahrudin Bin Ibrahim。

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已发表文章

来源于自然的灵感

10月19日,NTU在《美国国家科学院学报(PNAS)》上发表了一片关于新材料的研发论文。

很多植物能根据湿度水平进行不同程度折叠弯曲,这一自然界特性引起了NTU材料科学与工程学院研究团队的关注。

在不断的实验和改进下,他们成功将向日葵花粉和打印机墨粉结合在一起,研发出了一种类似纸张的新材料。

这种材料能够根据环境湿度自行折叠成不同的形状。

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根据湿度不同自动折叠 图源:NTU

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更为复杂的形状与状态 图源:NTU

该材料由两层粉末组成:向日葵花粉制成的类纸张的一层,以及在激光抹粉和其他可食用油墨中发现的苯乙烯丙烯酸共聚物层。

这两层粉末对湿度变化的敏感度不同,所以在同等条件下会产生不同的体积变化,从而使整体材料物件出现折叠和弯曲的独特效果。

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制作过程 图源:NTU

广阔的应用场景

“通过计算模拟,我们还模拟和预测了使用各种打印图案的材料变化,并对不同的湿度水平做出反应。这帮助我们开发了材料和几何设计的一般框架,以可伸缩和可持续的方式生产高度可控的形状变形材料。”

实验显示,通过创建几种几何配置,新材料成功地塑形,不仅能驾驭吸管、盒子这种简单的物件,还能复刻如3D纸兰花这种极为复杂的形状。

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折叠纸盒 图源:NTU

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折叠3D纸兰花 图源:NTU

研究团队预想,这种新材料还有可能用于“折纸机器人”的研发生产,提升效率与应用场景;并且还有可能用于需要特殊形状要求的电子和生物医学应用、依赖形状的组织工程和刺激触发的药物输送。

目前,新材料研究团队已为该技术的潜在商业化提交了专利申请,希望未来能够带来更大的效益。

美好愿景

Cho Nam-Joon教授评价说:“在这项工作中,我们展示了如何利用经济、环保的植物材料和现成的打印技术来产生自动的、按需变形的和复杂设计的形状。”

新材料的成功研发,响应了NTU的2025愿景和可持续发展宣言,在利用天然可再生资源开发新一代环保材料迈出了坚实的一步,受到了广泛的关注与赞扬。

让我们一起努力,勇敢应对人类面临的一些紧迫的重大挑战吧!

参考文献:

1. "A self-folding plant-based material that could form ‘intelligent’ green products" NTU Media Release;

2. “Digital Printing of Shape-Morphing Natural Materials”, published online in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) on 19 Oct.

https://doi.org/10.1073/pnas.2113715118

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