“中國燈籠”結構聚合物輕鬆變身多種形態

科技日報記者 劉霞

美國科學家研發出一種形似“中國燈籠”的聚合物結構，通過壓縮或扭曲等簡單操作，就能快速變換出十幾種不同的三維彎曲形態。更引人矚目的是，這種變形過程可通過磁場遠程操控，大大拓展了其應用潛力。相關研究成果發表於最新一期《自然·材料》雜誌。

這項研究由美國北卡羅來納州立大學與賓夕法尼亞大學的科研團隊合作完成。研究團隊先將聚合物薄片切割成鑽石狀的平行四邊形，再於每條邊中央刻出一排平行縫隙，從而在薄片上下兩側形成由實心材料條連接的均勻色帶。接着，將上下實心條的左右兩端相連，便構成了一個近似“中國燈籠”的三維結構。

研究團隊表示，這一基礎結構本身具有“雙穩態”特性。若從頂部向下壓縮結構，它會逐漸變形，直至達到某個臨界點，瞬間轉變為類似旋轉陀螺的第二種穩定形態。此時，結構已儲存了此前壓縮所注入的全部能量。一旦向上拉起結構，能量便會瞬間釋放，使其迅速恢復為最初的燈籠形態。

研究還發現，通過扭曲結構、將燈籠頂部或底部的實心條向內或外摺疊，或是組合使用這些操作，還能創造出更多形態。

通過在結構底部實心條上附着磁性薄膜，研究團隊實現了利用磁場遠程控制結構的壓縮與扭曲。他們還演示了基於雙穩態切換的多種應用場景，例如非侵入式魚類捕捉器、可調控水流開合的過濾器等。

這類“燈籠”結構未來有望組裝成二維或三維繫統，在可變形的機械超材料與機器人技術領域大展身手。