《先进功能材料》使用模板来指导自折叠3-D结构的新方法

jianeite

小朋友们拿到纸和笔，会很自然的画出一些很有想象力的画。热缩片（Shrinky Dinks ）是一种神奇的画布。当小朋友们在热缩片（Shrinky Dinks ）上作画，再把这些画放在烤箱里烘烤之后，会发生神奇的现象：这些画会收缩变小。因为这种热致收缩效应，热缩片（Shrinky Dinks ）深受小朋友们喜欢。

虽然把画变小看起来很神奇，但其毕竟还是平面的作品。能不能把一个平面的画变成立体的作品呢？

最近北卡州立大学朱勇课题组开发了一种非常简单的方法，可以把二维的热缩片（Shrinky Dinks ）转变成三维结构。他们把事先裁好的纸板按照一定的规则粘到热缩片（Shrinky Dinks ） 上。当这些粘有纸板的热缩片（Shrinky Dinks ）被加热时，会转变成预想的三维结构。

这种从二维到三维的转变是通过改变局部的高斯曲率实现的。高斯曲率既反映了面内的距离／角度，也可以决定曲面在三维世界的形状。平面的高斯曲率是0，三角形内角和180度；球面的高斯曲率大于零，三角形内角和大于180度；马鞍面高斯曲率小于0，三角形内角和小于180度。

原始的热缩片（Shrinky Dinks ） 在收缩时，因其收缩是均匀的，高斯曲率并不改变，收缩完依然是平面。当ShrinkyDinks被贴上纸板时，局部的收缩受到限制（纸板不能收缩）。这种不均匀的收缩会改变曲面的高斯曲率，从而导致热缩片（Shrinky Dinks ）转变成一个三维曲面。值得注意的是，这种转变可以通过纸片的排列方式来控制。这里，纸片的排列遵循折纸（origami／kirigami）的规则，因此变形可以通过折痕来控制。

用这种方法，他们可以得到简单的椎体，柱体，也可以得到一些复杂的三维阵列。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201802768