一种高阶形状变形和高频驱动的3D细观结构在多功能设备中的应用

三维(3D)介观结构由2D图案化前体通过压缩力组装而成，与最先进的平面半导体技术(例如光刻)、功能材料(例如单晶硅、塑料和金属)以及从宏观到微观的长度尺度兼容.

赋予3D细观结构重新配置和多功能的能力使其在机器人技术、微机电系统(MEMS)、传感和无线通信中具有独特的应用。然而，到目前为止，开发具有高阶(多自由度)变形和无束缚高频驱动的可变形3D细观结构仍然具有挑战性，值得进一步研究。

近日，中国科学技术大学精密机械与精密仪器系李嘉文教授和吴东教授课题组报道了一种具有高阶磁编码可转移3D介观结构(METM)的方案变形和高频驱动。

METM使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为由飞秒(fs)激光制造的骨架，并使用离散磁畴作为由紫外线固化定义的驱动单元。这项研究最近发表在《国家科学评论》上。

METM的显着特点包括：

(1)高阶变形。磁编码技术确保METM上的磁畴方向沿着设计的3D方向。因此，METMs可以在静磁场下实现高阶变形，例如在一个配置中结合弯曲和扭曲、分层和多向变形。一个3×3的导电METM阵列被集成到用于四通道可切换彩色字母显示器的电路设备中。

(2)高频驱动。METM使用具有适度结构模量(~3GPa)的PET薄膜作为骨架，能够在交变磁场下实现高频(~55Hz)和大变形(~66.8%)驱动。通过实验验证和理论模拟，系统地研究了METM在空气(欠阻尼)和液体(过阻尼)中的高频驱动。

(3)适用于多功能设备。由于其可转移的优点，可变形METM可以集成到许多多功能设备的表面上。例如，将METM转移到装有四色等面积水的培养皿中，成为液体混合器，并集成到电路中，实现顺序手电筒。此外，METM可以转移到四个泡沫球上，成为一个滑动机器人，它可以拍打翅膀并在下方的旋转磁铁驱动下向前滑行。

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