NTU 研究團隊將向日葵花粉和印表機墨粉結合在一起，開發出了一種類似紙張的新材料，這種材料能夠根據環境濕度自行摺疊成不同的形狀。

團隊合影 圖源：NTU

該研究團隊由校長Subra Suresh（右一）和材料科學與工程學院的Cho Nam-Joon教授（中）領導，共同作者包括機械與航天工程學院、化學與生物醫學工程學院的助理教授Huang Changjin，以及博士後研究院和學生：Ze Zhao（lead author），Jatin Kumar，Youngkyu Hwang，Jingyu Deng，Mohammed Shahrudin Bin Ibrahim。

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來源於自然的靈感

10月19日，NTU在《美國國家科學院學報(PNAS)》上發表了一片關於新材料的研發論文。

很多植物能根據濕度水平進行不同程度摺疊彎曲，這一自然界特性引起了NTU材料科學與工程學院研究團隊的關注。

在不斷的實驗和改進下，他們成功將向日葵花粉和印表機墨粉結合在一起，研發出了一種類似紙張的新材料。

這種材料能夠根據環境濕度自行摺疊成不同的形狀。

根據濕度不同自動摺疊 圖源：NTU

更為複雜的形狀與狀態 圖源：NTU

該材料由兩層粉末組成：向日葵花粉製成的類紙張的一層，以及在雷射抹粉和其他可食用油墨中發現的苯乙烯丙烯酸共聚物層。

這兩層粉末對濕度變化的敏感度不同，所以在同等條件下會產生不同的體積變化，從而使整體材料物件出現摺疊和彎曲的獨特效果。

製作過程 圖源：NTU

廣闊的應用場景

「通過計算模擬，我們還模擬和預測了使用各種列印圖案的材料變化，並對不同的濕度水平做出反應。這幫助我們開發了材料和幾何設計的一般框架，以可伸縮和可持續的方式生產高度可控的形狀變形材料。」

實驗顯示，通過創建幾種幾何配置，新材料成功地塑形，不僅能駕馭吸管、盒子這種簡單的物件，還能復刻如3D紙蘭花這種極為複雜的形狀。

摺疊紙盒 圖源：NTU

摺疊3D紙蘭花 圖源：NTU

研究團隊預想，這種新材料還有可能用於「摺紙機器人」的研發生產，提升效率與應用場景；並且還有可能用於需要特殊形狀要求的電子和生物醫學應用、依賴形狀的組織工程和刺激觸發的藥物輸送。

目前，新材料研究團隊已為該技術的潛在商業化提交了專利申請，希望未來能夠帶來更大的效益。

美好願景

Cho Nam-Joon教授評價說：「在這項工作中，我們展示了如何利用經濟、環保的植物材料和現成的列印技術來產生自動的、按需變形的和複雜設計的形狀。」

新材料的成功研發，響應了NTU的2025願景和可持續發展宣言，在利用天然可再生資源開發新一代環保材料邁出了堅實的一步，受到了廣泛的關注與讚揚。

讓我們一起努力，勇敢應對人類面臨的一些緊迫的重大挑戰吧！

參考文獻：

1. "A self-folding plant-based material that could form 『intelligent』 green products" NTU Media Release;

2. 「Digital Printing of Shape-Morphing Natural Materials」, published online in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) on 19 Oct.

https://doi.org/10.1073/pnas.2113715118

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