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航院先进力学与材料中心建立出一套屈曲引导的微尺度三维结构组装新方法  


清华新闻网12月24日电 清华大学航院张一慧副教授(2011年博士毕业于清华大学,2015年入选青年千人计划,进入清华大学工作)今年先后在《科学》(Science,通讯作者)和《美国科学院院报》(PNAS,第一作者)发表系列论文,报道了一种可适用于各种高性能材料的微尺度三维结构组装方法,为先进微纳米系统的制备提供了一种重要的新途径。

其中发表于《科学》的工作被选为封面论文,发表之后,很快被《Science》、《Nature》等期刊在Perspectives或Research Highlights专栏中评述报道,同时得到Chemistry Views、IOP Physics World、Nano Today等专业机构追踪,还受到BBC、Discovery News等媒体报道。

图为微型硅条带由二维变形为三维结构的动态过程。

三维微纳米结构在生物医学器件、微机电系统、光电子器件和超材料等众多科技领域具有重要而广泛的应用,一直以来都是科技研究的焦点。现有的三维微纳米结构的制备及组装方法却较为局限,主要体现在所适用的材料种类和三维几何构型比较有限,尤其是缺乏高性能半导体材料(譬如单晶硅)的复杂三维结构成型方法。

张一慧建立的这种微尺度三维结构组装新方法首次将可控力学屈曲引入至微尺度三维结构组装,实现了从二维微纳米薄膜到三维细微观结构的高精度组装。该方法不仅适用于半导体、金属、聚合物、塑料等各种材料类型,而且适用于不同特征尺度下的材料组装,例如从100纳米到30毫米。与3D打印技术相比,该方法具有适用材料范围广、成型速度快、成型过程可控性强等优势。美国佐治亚理工大学V.V. Tsukruk教授在《科学》同期出版的Perspectives专栏中,认为该工作“展示了一种新典范,它通过设计局部屈曲诱导功能材料迅速弹出成型复杂三维结构。”(…demonstrate a new paradigm of designing functional materials that can quickly snap into complex 3D architectures via localized buckling.)。

图为三维曲面状硅结构的组装成型过程的理论预测结果及实验结果。

该系列论文是清华大学张一慧副教授、美国西北大学黄永刚教授(清华大学短期千人教授)与伊利诺伊大学Rogers教授各研究组通力合作的研究成果。其中发表于《科学》的工作最近入围中国科学院和中国工程院共同主办的“2015年世界十大科技进展新闻评选”的20项候选工作。在20个候选条目中,上述成果是为数不多的有中国单位(属成果完成单位)参与完成的条目之一。

文章链接

http://www.sciencemag.org/content/347/6218/154.short

http://www.pnas.org/content/early/2015/09/02/1515602112



供稿:航院  编辑:常 松

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2015-12-23 20:04:38]
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