2025 年 4 月 23 日，休斯顿大学（University of Houston）的研究人员取得重大突破，成功将古老设计智慧与现代材料科学相融合，开发出一种新型陶瓷结构——这种结构可以在压力下弯曲而不会断裂。这项技术的潜在应用范围从医疗假肢到航空航天和机器人领域的抗冲击部件，这些领域对轻质但坚韧的材料有很高的需求。
传统陶瓷以脆性著称，在应力下易碎裂，难以应用于高冲击或适应性场景。但这种情况可能很快就会改变，因为由机械和航空航天工程助理教授Maksud Rahman和博士后研究员Md Shajedul Hoque Thakur领导的UH研究团队采用折纸启发的结构设计结合柔性聚合物涂层技术成功将脆性陶瓷转变为坚韧、柔性的新型结构材料。该研究成果最近发表在《Advanced Composites and Hybrid Materials》期刊上。
Rahman教授表示："陶瓷材料虽然具有生物相容性、轻量化等优势，但其灾难性断裂特性限制了应用。我们的目标是将其转变为更安全可靠的失效模式。"
图 三浦折叠结构，来源：MetaNest - Own work, CC BY-SA 3.0
为此，该研究团队通过3D打印技术制作基于三浦（Miura-ori）折叠构型的陶瓷结构，并涂覆可拉伸的生物相容性聚合物。由此产生的结构可以以普通陶瓷无法处理的方式处理应力。当沿不同方向压缩时，涂层结构会弯曲并恢复，而未涂层结构则会开裂或断裂。
Thakur博士表示："折纸几何结构赋予材料机械适应性，而聚合物涂层则提供了恰到好处的柔性来防止突然断裂。"
研究人员对材料结构进行了静态压缩和循环压缩测试，并通过计算机模拟验证了实验结果。测试结果显示，经过涂层处理的样品始终表现出更强的韧性——特别是在原始陶瓷材料最薄弱的受力方向上，性能提升尤为显著。
Rahman教授强调："折纸不仅是一门艺术，更是强大的设计工具，它能重塑我们应对生物医学和工程领域挑战的方式。这项工作证明，即使是最脆弱的材料，通过特定的折叠模式也能获得全新的功能特性。"
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