仿生科技新突破：樹葉骨架打造高效能柔性電子元件

研究人員利用樹葉骨架作為模板，成功模仿自然界中固有的分形結構，大幅提升了柔性電子元件的效能。這項創新技術由芬蘭土爾庫大學的研究團隊開發，並發表於《npj Flexible Electronics》期刊。相較於傳統的無塵室技術，這種仿生製造方法更為簡便且環保。

分形圖案是一種自我複製的結構，其形狀在越來越小的尺度上重複出現。這種結構不僅可以透過數學方式創造，也廣泛存在於自然界中，例如樹枝、葉脈、血管網路以及花椰菜等植物的紋理。研究團隊利用乾燥的樹葉骨架，將不同材料噴塗其上，成功複製了這些分形結構，並比較了各種材料製成的表面在結構特性和耐用性上的差異。

這種仿生表面的複製精度超過90%，極適合應用於柔性電子產品，如穿戴式感測器和電子皮膚。其優點包括更高的延展性、與皮膚的貼合性以及優異的透氣性。此外，分形結構的自我重複層次設計在最大化表面積的同時，保持了材料的機械靈活性，從而提升了導電性、能源效率、能量耗散和電荷傳輸等效能。

研究人員表示，與人工分形結構（如摺紙或剪紙）相比，樹葉骨架的分形結構提供了自然最佳化的層次和可擴充套件性，並具備更好的靈活性、透氣性和透明度。儘管樹葉骨架本身並不具備延展性或耐用性，但透過使用可延展的聚合物複製這些圖案，研究團隊成功製作出了具有增強靈活性和耐久性的表面，使得大規模生產成為可能。

「我們成功將自然界的有效設計與現代材料結合，為柔性和穿戴式電子產品開闢了新的可能性，」土爾庫大學的博士研究員Amit Barua表示。這項技術不僅能夠應用於觸覺感測、加熱和電子皮膚裝置，還可以用於假肢運動檢測和人體動作檢測。

此外，這種仿生製造技術比傳統的無塵室方法更為永續，因為它需要更少的能源，並且可以在非受控環境中進行。研究團隊還可以使用永續聚合物，進一步減少對環境的影響。對於大規模生產，計算機輔助設計（CAD）模型和有限元素法（FEM）模擬可以用來複製生物設計，並根據裝置需求替換更永續的導電材料。

「通常，設計高精度的複雜微結構需要無塵室製造。這種新的仿生方法有潛力在製造複雜結構時繞過無塵室技術，從而降低碳排放，」Barua補充道。