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3D打印全新血管超材料,可經(jīng)重新配置改變其熱和電磁特性

科研前沿
2021
08/18
17:47
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評(píng)論
導(dǎo)讀:2021年8月18日,南極熊獲悉,來(lái)自北卡羅來(lái)納州立大學(xué)(North Carolina StateUniversity)研究人員開(kāi)發(fā)出一種全新血管材料,并進(jìn)行了展示。這種材料可被重新配置,從而改變熱和電磁特性。

該研究論文的通訊作者、北卡羅來(lái)納州立大學(xué)土木、建筑和環(huán)境工程系助理教授JasonPatrick表示:“我們從生物體中發(fā)現(xiàn)的微小血管網(wǎng)絡(luò)中汲取靈感,并將這種微血管系統(tǒng)整合到用玻璃纖維增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹(shù)脂中,本質(zhì)上是血管化的玻璃纖維!

△圖片來(lái)源:北卡羅來(lái)納州立大學(xué)

Patrick還稱(chēng):“通過(guò)將不同的流體泵入脈管系統(tǒng),我們還可以控制復(fù)合材料的多種特性。這種可重構(gòu)性極具潛力,可應(yīng)用于飛機(jī)、建筑物和微處理器等領(lǐng)域!

這種超材料由3D打印技術(shù)制成,因此工程師能夠創(chuàng)建各種形狀和大小的微小管網(wǎng)絡(luò),即微血管系統(tǒng)。這種微血管系統(tǒng)可以結(jié)合到一系列結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中,包括玻璃纖維、碳纖維,以及用于防彈衣的高強(qiáng)度材料。

在實(shí)驗(yàn)中,研究人員將鎵和銦的室溫液態(tài)金屬合金注入脈管系統(tǒng)中,從而可以通過(guò)操控微血管結(jié)構(gòu)來(lái)控制超材料的電磁特性。具體來(lái)說(shuō),通過(guò)控制血管系統(tǒng)中包含的方向、間距和導(dǎo)電液態(tài)金屬,進(jìn)而控制材料過(guò)濾掉射頻頻譜中的特定電磁波。這種重新配置具有可調(diào)諧通信和傳感系統(tǒng)(例如雷達(dá)、Wi-Fi)的潛力,能夠按需在頻譜的不同部分運(yùn)行。

合著者、圣塔克拉拉大學(xué)(Santa Clara University)電氣工程助理教授Kurt Schab表示:“動(dòng)態(tài)重新配置電磁非常有價(jià)值,特別是在尺寸、重量和功率限制極大激勵(lì)設(shè)備使用的應(yīng)用。這些應(yīng)用可以在系統(tǒng)中承擔(dān)多種通信和傳感角色!

研究人員還通過(guò)相同的脈管系統(tǒng)循環(huán)水,并證明他們可以操縱材料的熱特性。Patrick表示:“操縱熱特性可以幫助我們?cè)陔妱?dòng)汽車(chē)、高超音速飛機(jī)和微處理器等設(shè)備中開(kāi)發(fā)更高效的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。例如,電動(dòng)汽車(chē)電池目前依靠的是帶有簡(jiǎn)單微通道的鋁翅片進(jìn)行冷卻。我們相信我們的超材料在散熱方面同樣有效,并且還可以保護(hù)電源結(jié)構(gòu),但重量大大減輕。此外,3D打印能使我們能夠創(chuàng)建更復(fù)雜、更優(yōu)化的血管結(jié)構(gòu)。”

研究人員還指出,新的超材料采用現(xiàn)有的復(fù)合材料制造工藝,非常具有成本效益。Patrick還表示:“纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)得到廣泛使用。我們正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)材料,并利用3D打印創(chuàng)建一類(lèi)新的多功能和可重新配置的超材料,不僅具有可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu),且價(jià)格相對(duì)低廉!



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