封面故事:油墨和折纸

我想坦白小时候的一件事:我过去对折纸飞机一点都不在行。不论我尝试了多少精致的机翼形状,关键的狭缝和裂缝,或先进的尾翼设计,但纸飞机总是一头栽到学校操场上,所有的航空花架子都毫无作用。显然,我从未想过把折纸当作爱好;这件事是我心中的痛,于是我选择了书法。所以我有点儿敬畏那些掌握了技巧的人,简单的一张纸在他们手中就变成了这么复杂精美的结构。

然而,折叠——作为一种创造结构的方法,不仅限于人文艺术和手工的技术。从自然界中举个例子来说——例如蛋白质,它使用折叠来传递执行功能所需的特定结构。从一种类似一张纸的扁平的、均匀的物质开始,这意味着对形状和功能有着很大的选择空间,并且模仿制造功能结构中的多样性的这种渴望引导Jennifer Lewis和David Dunand以及他们的国际研究团队,走向东方智慧之路。但是纸张结构实际上对于团队所想的应用是不实际的,因此他们转向了纸张的经典配对物:油墨。

直接的油墨书写——凭借这个可形成二维和简单的三维结构——通过一个喷嘴(想象一下用来装饰蛋糕的工具)在一个预制模型中挤出浓缩油墨,从而生成预期的形状。如此产生的二维结构可用聚合体、陶瓷或金属油墨制成,这样材料的可选范围大,应用范围也广。直接油墨书写还无法实现复杂的3D结构,或者高展弦比形状;如果堆积得太高,那么在重力作用下油墨就容易坍落。这时就想到了折纸,Lewis教授解释道:“打印出一个平面,再折叠,我们就可以得到复杂的、轻型的三维形状,这是其它方法都无法做到的。”

研究结果展示于《Advanced Materials》第20期的封面上。在之前的封面故事中我已经提到一本杂志的最佳封面就是那些自己讲故事的图像,这张图像在这点上无疑达到了要求。复杂的鹤的形象搁置于其完美的二维初始晶格网上,比文字相比,图像更富有表现力地证明了这种技术的有效性。各种形状和晶格图案的结构分散于表面上,微妙地强调了该方法的多功能性的。图像是一张照片,这又让人深刻体会到了现实生活;这不是艺术概念,这是一个真实有形的结果。团队设想的可能用途之一是制造动脉支架,最左边的盘旋结构暗示了这种发展的开端。除了添加标题和阴影以显示层次感之外,我没有什么工作可做了。伟大的研究,一流的封面。

J. A. Lewis et al., Adv. Mater.; DOI: 10.1002/adma.200904232.