在工业实践中，零件和电子设备的装置，是繁芜机器设备正常运转的关键环节。过去，这些部件装置的基板以平面为主，少数曲面装置的零件，也多数仅限于大略构造，而且不好改装。
对付繁芜的三维构造零件，能不能在曲面基板上安装，同时实现安装方便，改装也方便呢？
最近，清华大学张一慧教授团队提出一种新的组装策略，办理了这个问题，并将成果揭橥在最近一期的Science Advance上 。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm6922
论文提到，具有工程化三维构造的电子设备，对付摩擦力传感、宽视场光学成像和流速丈量是必不可少的。
最近在机器勾引装置方面的进展，通过掌握滚动/折叠/波折变形，在高性能材料中建立了确定的三维构造路线。然而，所产生的三维构造大多是在平面基底上形成的，不能直接转移到另一个波折的基底上。
本研究先容了一种有序的组装策略，可以在不同的波折表面年夜将二维薄膜转化为繁芜的三维构造。该策略利用预定机器负载，使波折的弹性体基底变形为平面/圆柱形构造，然后通过额外的单轴/双轴预拉伸来驱动扣弦勾引的组装。
通过力学建模，可以准确开释预定的载荷，实现在曲面上有序组装繁芜三维构造的零件，本文中实例在波折基底上组装了几十个这类构造的零件。包括可调谐偶极子天线、水管内的流量传感器、能够与心脏共形整合的集成电子系统等。
上图为繁芜三维构造在曲面上的有序装置策略的观点图。
(A) 用人脸的三维装饰面具的形成来解释有序装置策略。右边的两张图片对应的是银（5米）和PET（75米）双层中三维构造的有限元剖析预测和光学图像。
(B) 上图是一个螺旋形基底和螺旋形基底的有限元剖析结果，它可以被旋转和拉伸载荷压平。底部面板展示了三维叶状构造在螺旋形基底上的有序组装过程，以及有限元剖析预测和光学成像图。
(C) 在圆柱形管子的表里面组装三维构造的观点图，在与二维先驱体整合之前，基材被斜着裁剪，通过波折变形压平，然后预拉伸。底部面板展示了圆柱形管内分层三维螺旋构造[铝（2.5米）/PET（30米）]的有序组装过程，并附有有限元剖析预测和光学图像。
(D) 三维构造在具有莫比乌斯带形状的基底上的组装过程的解释，以及在基底上组装的蚁状构造[Al (2.5 m)/PET (30 m)]的有限元剖析预测和光学图像。
上图为在可被压平的波折表面上组装的繁芜的三维构造。
个中(A) 为马蹄形波折基底的示意图，它可以通过单轴拉伸压平。(B) 解释马蹄形基板上三维带状构造组装过程的光学图像。(C) 在不同程度的双轴拉伸下，半球形弹性体基底的天生矩阵轮廓的有限元剖析和体验结果。R0表示初始半球的半径。(D) 在不同程度的双轴拉伸下，半球形基体的最大主应变轮廓的有限元剖析预测。
(E) 为通过有限元剖析预测，不同长度的直带（Lribbon）装置在半球形基底上的比较。(F) 组装在半球形基底的凸面和凹面上的各种三维构造的2D几何图形、FEA预测以及实验图像。
G到J：装置在半球形基底上的半椭圆形表面的逆向设计。(K到N)在半球形基底上不同空间位置组装的具有相同高度(hi)的小半球形的逆向设计。(O和P) 组装在类脑表面的螺旋形微尺度构造网络和眇小的三维斜方体带状微尺度构造的光学图像。
上图为繁芜三维构造在圆柱/类圆柱形表面的组装。
(A) 用作波折基底的主动脉模型的示意图，以及通过压缩屈曲在该基底上的螺旋和双螺旋构造的组装过程。
(B) 通过拉伸屈曲在圆柱形基底上装置不同长度的直条带的过程。
(C) 各种三维构造组装在圆柱形基底上的二维几何图形、有限元剖析预测和实验图像。
(D)二维前体、有限元剖析预测和通过拉伸屈曲形成的kirigami-inspired鳞片状三维构造的实验图像。
(E) 有限元剖析预测和实验图像表明，在阿基米德螺旋纤维上的kirigami启示的尺度构造阵列的有序组装过程。
(F至H）在螺旋纤维上的不同空间区域组装具有相同高度和间距的螺旋构造的逆向设计。
作者团队
本文通讯作者为张一慧博士，清华大学航天航空学院工程力学系长聘教授。
2011年在清华大学航天航天学院工程力学系获博士学位。2011年至2015年在美国西北大学土木与环境工程系先后担当Postdoctoral Fellow和Research Assistant Professor。2015年加入清华大学工程力学系，历任副教授、长聘副教授、长聘教授。
紧张研究领域为力学勾引的三维微构造组装，非常规软材料，柔性可延展电子器件，智能材料与构造力学
至今已得到授权的中国发明专利5项、美国发明专利3项，出版学术专著1部，揭橥SCI论文150余篇，个中以通讯作者在《Science》、《Nature》、《Nature Materials》、《Nature Electronics》、《Nature Reviews Materials》、《Nature Communications》、《Science Advances》、《PNAS》、《JMPS》、《Advanced Materials》、《ACS Nano》等期刊揭橥高水平学术论文80余篇。
两位共同一作Xue Zhaoguo和Jin Tianqi均来自清华大学工程力学系运用力学实验室。
Xue Zhaoguo紧张卖力观点化，数据整理，形式剖析，资金获取，调查，方法学，项目管理，资源，软件，验证，可视化，论文写作、审查和编辑。
Jin Tianqi紧张卖力观点化、数据管理、形式剖析、调查、方法论、软件、可视化和论文写作。
参考资料：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm6922、
http://yihuizhang.org/research.html
