【#清华# 团队首创力学引导的三维组装新策略，可在曲面上制造复杂三维结构和电子器件，可用于仿生三维光电器件等领域】

近日，#清华大学# 航天航空学院长聘教授张一慧团队在等比例缩小的“沟壑纵横”的类人脑曲面上（尺寸约 3*4cm），让微尺度的三维螺旋网络阵列得到组装和成型，这在脑机接口等领域具有应用潜力。这一实验结果的照片，也被选为当期 Science Advances 的封面图。

上述实验结果，是该课题组最近一项新成果的“本领”之一。其提出一种在曲面上制造复杂三维结构和电子器件的新策略，并可通过定制化曲面基底，实现与应用目标曲面完美贴合，进而提高器件整体的舒适性和稳定性。

该成果具有广泛的器件应用潜力，尤其是在健康医疗领域。借助该策略，有望开发更舒适的可穿戴三维电子器件、用于人体器官健康监测的植入式多模态三维传感器、仿生三维光电器件以及组织器官培养的人造支架等应用。

相关论文以《基于曲面的复杂三维结构及电子器件组装》（Assembly of complex 3D structures and electronics on curved surfaces）为题，发表在 Science Advances 上，并被选为当期封面论文，也被 Science 作为 feature image 在网站主页中焦点报道。

据介绍，生物系统大多具有复杂的三维曲面，有些甚至具有动态的、时变的特征。电子系统与这些三维曲面的共形集成，对于和生物系统的高保真信息交互至关重要。由此产生的曲面共形电子系统，在健康监测、人机界面、曲面显示、医疗器件、人工组织/器官和基础#生物医学研究# 等领域有着广泛的应用潜力。

此外，基于立体结构的三维微电子和光电子器件，在摩擦力传感、微型机器人可控运动、宽视场光学成像和流速测量等众多领域具有不可或缺的作用。

近年来，利用可控卷曲、折叠和屈曲变形等三维组装技术，学界实现了基于高性能材料的三维结构和器件的制造。然而，所得到的三维结构主要是在平面基底上组装成型，无法直接转移到另一个曲面上。目前，在任意曲面上组装制造复杂三维电子器件仍然存在极大的挑战。

围绕这一关键科学问题，张一慧与博士后薛兆国（现为北京航空航天大学航空科学与工程学院固体力学所副教授），共同提出了一种力学引导的逐级三维组装新策略，使得平面薄膜或器件在众多三维曲面上变形为复杂的三维结构或器件，包括规则曲面和仿生曲面。

该策略首先利用力学加载将曲面弹性基底变形为平面或圆柱形结构，以便于平面薄膜的转印与集成，并通过进一步的单轴/双轴预拉伸，来驱动屈曲引导的三维组装。当把预先施加的载荷释放，便会诱发逐级的三维组装过程，并可通过定量力学模型准确地预测整个过程。

通过理论分析、有限元仿真和相关实验，该团队对该逐级组装策略的有效性进行了验证，在十余种曲面上制备几十种的复杂三维结构，涉及半导体材料硅、金属材料铜和铝、金属氧化物 ITO、聚合物 PI 和 SU8 等多种材料，尺度范围跨度也比较大，线宽从 20 微米到 3 毫米，曲面基底的最小曲率半径为 500 微米。

基于这一逐级组装策略，课题组还研制了频率连续可调的偶极子天线、与心尖共形集成的高度可拉伸三维集成电子系统、以及附着于圆管内表面的三维流体传感器。

尤其值得一提的是三维流体传感器，此前已有人报道过柔性三维器件在摩擦力、流体性质等具有空间特性的物理量测量方面的独特优势。但是，现有技术或制造方法是很难在细管内壁直接精确组装高性能无机电子器件。

而该团队利用这种独特的设计组装策略，很好地解决了这一制造难题，并制备出基于压阻效应的三维流速传感器。审稿人给予高度评价，其表示：“管内的流量传感是作者组装制造方法的一个很棒的应用，因为这个过程自然形成了一个圆柱面上的三维结构。”

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#那年今日#【我国人造血液的研究在上海获得成功】新华社1980年8月6日报道，我国已研制成功人造血液。参加研制的单位是中国科学院有机化学研究所和中国人民解放军第三 军医大学。血液是循环系统内负责人体内物质运输的液体介质，而人造血液也可借助循环系统之力，流经体内各器官及组织，将取自肺及消化道的氧和营养物带给一切细胞，再将二氧化碳及其他废物送至肠和肾脏排出。人造血液的研制成功为发展我国医药事业迈出新的一步。