浙江大学谢涛教授课题组《Nat. Commun.》：三维折纸透明玻璃
折纸技艺是一类富有潜力的工程技术，但往往只能应用在软质可变形的材料上。玻璃材料具有优良的物理化学性能（如光学透明度高、硬度大、耐物理/化学腐蚀等），因此应用非常广泛。具有复杂三维形状的玻璃生产附加值高，但相较于聚合物和金属，其加工手段有限。传统玻璃制备工艺一般需要高温熔融或化学刻蚀。目前，3D打印，作为一类较为先进的复杂形状玻璃制备方法，往往受限于层层打印的机理，成型时间长，打印过程需要支撑，且材料表面粗糙度高，需要进行后续抛光。
受折纸技术的启发，谢涛教授团队制备了纳米二氧化硅-动态共价聚合物复合薄膜。复合材料要满足以下两个要求：
第一，复合薄膜需要保持经过折纸技术变形后的形状，即使在后续的高温热解和烧结过程中也不能发生变形；
第二，复合薄膜需要能够像纸一样具有可折叠的能力，以便进行后续变形。
为满足第一个要求，通过折纸成型后，团队利用空穴效应-动态键交换的物理-化学协同塑化机理来固定薄膜的三维形状。其中，物理塑化机理为，在外力作用下，无机颗粒-聚合物复合材料往往会发生颗粒-基体表面解吸附并产生空穴，从而固定形状。利用物理塑化机理固定的形状，其固定率较低，但可以在常温条件下直接成型。而化学塑化机理为，聚合物基体中的动态共价键可以在特定条件下（例如：高温）被激活并交换，从而固定形状。利用化学塑化机理需要在高温条件下（130 °C）进行酯键交换并成型，但是其形状固定率较高。因此，研究团队可以根据最终的形状选择不同的塑化机理，提高了形状制备的自由度。
图1. 三维透明折纸玻璃的制备过程。 a 制备流程的图示。b 通过塑化实现永久形变的两个机理。c 侧链悬挂羟基的动态聚酯网络。d 三维透明玻璃羽毛。标尺：1 厘米。e 玻璃羽毛在600度下的耐热性。标尺：1厘米。
为满足第二个要求，复合材料需要具备一定力学性能（如模量和拉伸性能），来应对后续的变形过程。因此，研究团队对复合材料的纳米颗粒含量进行了探究，并最终确定了具备适宜力学性能的复合材料。固定形状后的复合薄膜经后续热处理，即可得到具有复杂三维形状的透明玻璃。如图2所示，“纸鹤”是利用物理塑化机理制备，而“花瓶”和“花”是利用化学塑化机理制备。相比于3D打印，本工作报道的加工方法成型速度快，无需支撑，且表面粗糙度低，拓宽了复杂三维玻璃成型的思路。
图2. 透明折纸玻璃的实物制备。标尺：1厘米。
该工作利用化学塑化和物理塑化的协同作用，简便高效地制备了具有复杂三维形状的透明玻璃材料。该研究成果未来有望应用于复杂玻璃器件制备。相关工作发表在Nature Communications (Transparent origami glass, Nat. Commun. 2021, 12, 4261)上，文章的第一作者是浙江大学化工学院博士生徐洋,通讯作者为谢涛教授和郑宁博士。
原文信息：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24559-x
Transparent origami glass
Yang Xu, Ye Li, Ning Zheng, Qian Zhao, Tao Xie
Nat. Commun. 2021, 12, 4261
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24559-x
相关进展
浙江大学谢涛教授课题组在《Chemical Reviews》发表动态共价高分子网络综述
浙江大学谢涛教授团队：可编程高分子来了，它给材料N种“生命”
浙江大学谢涛团队《AFM》：通过数字化光控结晶实现形状记忆聚合物的4D变形
浙江大学谢涛教授课题组在4D打印形状记忆聚合物方面取得新进展
浙大谢涛教授课题组发明可编程塑料：编码无“色”之色（含视频）
浙江大学谢涛教授系统综述：4D打印的研究进展，包括打印工艺、打印材料及两者之间的内在联系
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多