切纸艺术(kirigami)是折纸的一种变体,需要对折叠的纸张进行切割,它启发了研究人员开发可弯曲的电子电路。
他们的创新成果——以特定聚合物和纳米线制成既坚固又可弯曲的微型电子材料薄片——有望推动智能服装、电子皮肤以及其他需要柔性电路的应用的改进。
“传统电子器件,例如平板电脑和其他电子设备中的印刷电路板,都是刚性的。这与充满弯曲和曲线的人体并不匹配,尤其是在人体运动时,”布法罗大学机械与航空航天工程系教授、论文第一作者任深强(Shenqiang Ren)说道。
“我们研究了切纸艺术背后的设计原理。切纸艺术是一种高效而精美的艺术形式。我们将这些原理应用于研究工作,开发出了强度更高、可拉伸的电能导体,”任深强说道。他同时也是该大学RENEW研究所的成员,该研究所致力于解决复杂的环境问题。
该研究包括来自天普大学研究人员的计算建模成果,并采用了纳米受限工程和应变工程(半导体制造中用于提升器件性能的一种策略)。
在未采用切纸艺术的情况下,研究人员可将名为PthTFB的聚合物从其原始形状形变至6%,而不改变其电导率。采用切纸艺术后,该聚合物可拉伸至2,000%。此外,采用切纸艺术的PthTFB的电导率提高了三个数量级。
该进展具有诸多潜在应用,包括电子皮肤(一种模拟人体皮肤的薄型电子材料,常用于机器人和健康领域)、可弯曲显示屏以及电子纸。但其最具价值的应用可能在于智能服装,分析人士称该市场到2024年可能达到40亿美元。
