【文章概述】

玻璃在日常生活中是不可或缺的材料，因其优异的光学透明性、耐磨性、热稳定性和化学稳定性，在许多应用中是不可缺少的。然而，玻璃与聚合物和金属相比，它的加工选择非常有限。传统的玻璃成型是要在高温或化学腐蚀等恶劣条件下进行的。虽然溶胶-凝胶化学可以在较温和的条件下自定义玻璃形状，但几何复杂性受涉及材料成型技术的限制。另一种策略3D打印玻璃，但其典型的逐层打印特性存在几个问题：打印速度、分辨率和表面粗糙度。另外，3D几何图形在打印过程中需要使用支持，而随后的移除也非常麻烦。

折纸作为一门古老的艺术，是一种通用的方法转换平面纸到三维(3D)几何。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释放了许多工程领域的巨大潜力，包括软机器人、可穿戴电子、航空航天结构和医疗设备。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。因此，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，使其可以折纸成型透明玻璃是一件很有挑战性的工作。

【成果简介】

浙江大学谢涛团队受折纸艺术启发，开发了一种三维透明玻璃的折纸技术。从动态共价聚合物基质和均匀分散的二氧化硅纳米颗粒开始，利用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。该方案可以扩大玻璃成型的范围，有望在未开发的领域开放其实用性。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1 3D 透明折纸玻璃的制作。

（a）制造过程的示意图。

（b）通过塑性产生永久变形的两种机制。

（c）带有悬空羟基的动态聚合物酯网络。

（d）3D 透明玻璃羽毛的摄影图像。

（e） 证明在 600 °C 时具有高耐热性。

图2 二氧化硅-聚合物纳米复合材料的表征。

（a）纯聚合物网络在130°C时的等应变应力松弛。

（b）不同SiO2纳米颗粒含量的复合材料的力学性能。

（c）在 10% 的初始应变下测量的复合材料的形状保持率。

（d）应变对P29形状保持力的影响。

 （e）复合材料表面的扫描电子显微镜 (SEM)图像（左）和能量色散X射线光谱 (EDS) 映射（右）。

（f）拉伸100%后复合材料表面的SEM 图像。

（g）复合材料的多步累积形状重构，每一步在130°C下进行2小时。

图3 玻璃的制造。

（a）复合材料热解和烧结步骤的示意图。

（b）复合绿体、棕色部分和玻璃的紫外-可见透射光谱。

（c）棕色部分的宏观照片和微观SEM图像。

（d）透明玻璃的宏观照片和微观SEM图像

图4 透明折纸玻璃的制造。

在模型中，黑线、红色虚线和蓝色虚线分别代表切割、山体褶皱和山谷褶皱。蓝色的扭转箭头代表卷曲。

【奇材馆点评】

传统的玻璃制造需要成型、吹制，蚀刻和抛光。对比之下，本研究的折纸玻璃制作技术使用低功率激光切割和折叠。数字化控制激光切割，手动折叠，可以通过固定装置实现自动化，很适合大规模生产。该工艺不需要使用模具，所以几何的复杂性不受传统成型技术的限制，为制作几何形状复杂的设备开辟了未来的机会。

【论文信息】

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