3D打印全新血管超材料，可經(jīng)重新配置改變熱和電磁特性

來自北卡羅來納州立大學(North Carolina StateUniversity)研究人員開發(fā)出一種全新血管材料，并進行了展示。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、北卡羅來納州立大學土木、 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的結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂中，本質(zhì)上是血管化的玻璃纖維?！盤atrick還稱：“通過將不同的流體泵入脈管系統(tǒng)，我們還可以控制復合材料的多種特性。這種可重構(gòu)性極具潛力，可應(yīng)用于飛機、建筑物和微處理器等領(lǐng)域?！?/p>

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)復合材料中，包括玻璃纖維、碳纖維，以及用于防彈衣的高強度材料。

在實驗中，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，從而可以通過操控微血管結(jié)構(gòu)來控制超材料的電磁特性。具體來說，通過控制血管系統(tǒng)中包含的方向、間距和導電液態(tài)金屬，進而控制材料過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、Wi-Fi)的潛力，能夠按需在頻譜的不同部分運行。

合著者、圣塔克拉拉大學(Santa Clara University)電氣工程助理教授Kurt Schab表示：“動態(tài)重新配置電磁非常有價值，特別是在尺寸、重量和功率限制極大激勵設(shè)備使用的應(yīng)用。這些應(yīng)用可以在系統(tǒng)中承擔多種通信和傳感角色。”研究人員還通過相同的脈管系統(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在電動汽車 、高超音速飛機和微處理器等設(shè)備中開發(fā)更高效的主動冷卻系統(tǒng)。例如，電動汽車電池目前依靠的是帶有簡單微通道的鋁翅片進行冷卻。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)建更復雜、更優(yōu)化的血管結(jié)構(gòu)?！?/p>

研究人員還指出，新的超材料采用現(xiàn)有的復合材料制造工藝，非常具有成本效益。Patrick還表示：“纖維增強復合材料已經(jīng)得到廣泛使用。我們正在進一步開發(fā)材料，并利用3D打印創(chuàng)建一類新的多功能和可重新配置的超材料，不僅具有可擴展的結(jié)構(gòu)，且價格相對低廉?！?/p>