基于曲面的复杂三维结构及电子器件组装

基于曲面的复杂三维结构及电子器件组装

清华大学航天航空学院张一慧教授课题组提出了一种力学引导的逐级三维组装策略，使得平面薄膜或器件可以在众多三维曲面上变形为复杂的三维结构或器件，包括规则曲面（如半球面、圆柱面、螺旋面和双曲面）和仿生曲面（如缠绕的藤蔓、人脸、类大脑、主动脉和心脏等）。该策略首先利用力学加载将曲面弹性基底变形为平面或圆柱形结构，以便于平面薄膜的转印与集成，并通过进一步的单轴/双轴预拉伸来驱动屈曲引导的三维组装。将预先施加的载荷释放，便会诱发逐级的三维组装过程，并可通过定量的力学模型准确地预测整个过程。

曲面上复杂三维结构的逐级组装策略。A图为在人脸曲面上组装成型三维装饰面具；B图为在螺旋曲面上组装三维叶子状结构；C图为在圆柱面的内表面组装三维螺旋线结构；D图为在莫比乌斯环上组装仿生蚂蚁结构。

A图为在不同曲面上组装的不同尺度不同材料的复杂三维结构（从左到右的比例尺为100m、200m、5mm、5mm和10mm）；B图为与心尖共形集成的高度可拉伸三维集成电子系统; C图为在管内表面的三维流速传感器；D图为连续可调的偶极子天线