研究发现折叠式太阳能电池板无需消耗即可部署

向太阳扩展. 将代表太阳能电池片的聚合物片从紧凑的折叠形式（小图像）打开到表面积为其十倍的平盘中. 该过程是自然发生的，不需要能量，只需要提高温度即可. （来源: T. Chen等人，Phys.Rev. Applied）（请观看下面的视频. ）

一个玩具启发了太阳能电池的新设计. 该电池可以紧凑地折叠在飞机上，并在需要时快速展开. 该结构可以在40秒内将其表面积增加10倍，而无需消耗能量. 相反，它使用随温度变化而变形的聚合物. 这个概念也可以用在其他情况下，例如帐篷，屋顶，天花板和类似的片状结构，它们会发生急剧而迅速的形状变化.

从折纸样式折叠成紧凑形状后展开的片和膜称为可展开结构，它们在建筑，能源生产和机器人技术中具有多种潜在应用. 它们存在于自然界中，例如存在于折叠的昆虫翅膀和叶芽中. 手动可扩展结构通常由薄而柔软的板制成. 展开结构可以通过可折叠折叠后的薄板的机械框架来实现.

瑞士联邦理工学院（ETH）的机械工程师克里斯蒂娜·谢（Kristina Shea）和帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的基亚拉·达拉约（Chiara Daraio）及其同事希望开发可扩展结构，以快速部署能源. 团队成员中的ETHShea和Tian Chen以前通过添加形状记忆聚合物来构建机械结构，该形状记忆聚合物可以根据温度改变形状. 在一定的转变温度以下，该材料是刚性的，因此可以在加热时弯曲，然后通过冷却“锁定”到特定的结构. 在较高的温度下，材料变软并会恢复到其原始状态. 其他研究人员已经使用这些材料制作了可以根据温度变化自动折叠成盒子，金字塔和其他形状的薄片.

团队制造的设备具有通过铰链连接的刚性框架. 接头采用工程师Chuck Hoberman设计的机械设计，可以适应结构变化. 这种设计类似于作为玩具出售的霍伯曼球. 关闭时，它会合并成一个紧凑的球体，打开时，它会形成一个较大的球体.

但是，此结构使用圆形框架而不是包含圆盘形薄片的球形框架. 纸张的折叠原理与“闪光”折纸（由小组成员使用）相同. 平行折叠允许将纸张折叠成类似于玫瑰花瓣图案的紧凑螺旋形. 研究人员通过计算优化了折叠模式，使其最适合20个霍伯曼铰链框架，从而实现了一种可以有效包装并快速展开的结构.

研究小组使用形状记忆聚合物制造铰链单元和薄片. 他们在40°C（转变温度高于35°C）下将薄片及其铰链框架折叠成紧凑状态，然后通过冷却至室温将其锁定. 将结构在40°C的水中加热以再次打开. 完全打开的直径79厘米的面板最初来自直径仅为25厘米的紧凑型物体: 表面积增加了十倍. 而且只花了40秒钟即可扩展. Shea说，在太阳能电池应用中，可以将光伏材料涂覆在记忆聚合物片材上，这样形状记忆材料也可以设计为具有光伏特性.

Shea说: “在太空中使用时，如果使用形状记忆聚合物在与空间相关的温度下进行转换，那么由于吸收太阳辐射，温度升高会触发系统膨胀. ”她说折叠太阳能板折叠太阳能板，折叠系统始终可以保持在转变温度以下，直到航天器能够吸收太阳辐射并使其变暖为止.

Shea说，还有许多其他类似的应用程序可用于可自动部署的结构，例如: “在恶劣或远程环境中部署结构，或在望远镜阵列中部署反射镜. ”她说，将折纸力学与活性材料结合起来的规模较小，该技术可用于在人体中靶向药物输送.

卡迪夫大学工程师马西米利亚诺·盖伊（Massimiliano Gei）表示: “这项研究可能会为航空航天工程中的能量收集开辟新的途径. 在航空航天工程中，轻型设备对于减轻重量至关重要. 布尔德市科罗拉多大学的太空可扩展结构设计也同意，通过消除外部能量，这种设计会降低设备的质量并减少部署过程中的组件.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-235610-1.html