厉害：浙大用透明玻璃折出千纸鹤！发表在《Nature Commun》

折纸艺术，已经成为一种具越来越有潜力的工程工具，但这种技术通常仅限于柔软和可变形的材料。玻璃，在许多应用中都是不可或缺的，但其易碎性和光学透明性的要求，限制了人们对其加工的选择。

在此，来自浙江大学的谢涛团队等研究者，报道了一个可制作三维透明折纸玻璃的技术策略。相关论文以题为“Transparent origami glass”发表在Nature Communications上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24559

玻璃由于其优异的光学透明性、耐磨性、热稳定性和化学稳定性等特点，在许多应用中是不可缺少的。然而，与聚合物和金属相比，它的加工选择非常有限。传统的玻璃成型，是在高温或化学腐蚀等恶劣条件下进行的。溶胶-凝胶化学，允许在较温和的条件下定义玻璃形状，但几何复杂性受到了所涉及的成型技术的限制。另一种方法是利用硅聚合物复合材料作为玻璃制造的前驱体，从而允许低温成型，随后的加工和烧结生产3D玻璃。

不使用模塑，前驱体复合材料也可以通过3D打印。这是一种很有吸引力的生产复杂形状玻璃的方法。尽管出现了3D玻璃打印方法，但其典型的逐层打印特性引发了几个问题：打印速度、分辨率和表面粗糙度等。此外，许多3D几何图形在打印过程中需要使用支撑，随后的移除可能非常麻烦。双光子技术和微型3D打印可以产生表面光滑的高分辨率结构，但显著降低了打印尺寸和生产率。局部激光加工允许玻璃成形，但这种方法仅限于简单的几何操作，如弯曲。尽管也出现了其他制作3D陶瓷的方法，但由于额外的光学透明度要求，它们不能用于制作玻璃。

折纸是一种将一张平面纸转换成3D几何图形几何通用的方法。作为一门古老的艺术，它在现代被赋予了新的生命力。特别是，从纸到各种材料的扩展在许多工程领域释放了巨大的潜力，包括软机器人、可穿戴电子、航空航天结构和医疗设备等等。尽管具有通用性，但由于典型的玻璃是刚性和脆性的，它不能直接延伸到玻璃成型。

在此，研究者提出一种假设，通过前驱体复合材料的精细分子设计，可以引入使其变形的机制，使其允许透明玻璃通过折纸成型。研究者的过程从动态共价聚合物基质与均匀分散的二氧化硅纳米颗粒开始。颗粒空化和动态键交换提供了两种互补的塑性机制，允许纳米复合材料永久折叠成可设计的几何形状。进一步的热解和烧结，将其转化为透明的三维玻璃。该方法扩大了玻璃成型的范围，并有可能在其他领域开发其实用性。

图1 制作3D透明折纸玻璃。

图2 硅-聚合物纳米复合材料的表征。

图3 玻璃的制造。

图4 透明折纸玻璃的制作。

传统的玻璃制造需要成型、吹制，有时还需要蚀刻和抛光。相比之下，研究者的折纸玻璃制作技术使用低功率激光切割和折叠。激光切割是数字化控制的。折叠是手动的，但也可以通过固定装置实现自动化。因此，GA该技术适合大规模生产。更重要的是，研究者的工艺不使用模具，因此，几何的复杂性不受传统成型技术的限制。除了制作吸引人的艺术品，它还为制作几何形状复杂的设备开辟了机会，这些设备需要使用玻璃作为基本组件。（文：水生）