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研究人员发明全新血管超材料 可经重新配置改变其热和电磁特性

2021-08-18 14:16:05来源:盖世汽车

盖世汽车讯 据外媒报道,研究人员开发出一种全新血管材料,并进行了展示。该材料可被重新配置,从而改变热和电磁特性。

该研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)土木、建筑和环境工程系助理教授Jason Patrick表示:“我们从生物体中发现的微小血管网络中汲取灵感,并将这种微血管系统整合到用玻璃纤维增强的结构环氧树脂中,本质上是血管化的玻璃纤维。”

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(图片来源:北卡罗来纳州立大学)

Patrick还称:“通过将不同的流体泵入脉管系统,我们还可以控制复合材料的多种特性。这种可重构性极具潜力,可应用于飞机、建筑物和微处理器等领域。”

这种超材料由3D打印技术制成,因此工程师能够创建各种形状和大小的微小管网络,即微血管系统。这种微血管系统可以结合到一系列结构复合材料中,包括玻璃纤维、碳纤维,以及用于防弹衣的高强度材料。

在实验中,研究人员将镓和铟的室温液态金属合金注入脉管系统中,从而可以通过操控微血管结构来控制超材料的电磁特性。具体来说,通过控制血管系统中包含的方向、间距和导电液态金属,进而控制材料过滤掉射频频谱中的特定电磁波。这种重新配置具有可调谐通信和传感系统(例如雷达、Wi-Fi)的潜力,能够按需在频谱的不同部分运行。

合著者、圣塔克拉拉大学(Santa Clara University)电气工程助理教授Kurt Schab表示:“动态重新配置电磁非常有价值,特别是在尺寸、重量和功率限制极大激励设备使用的应用。这些应用可以在系统中承担多种通信和传感角色。”

研究人员还通过相同的脉管系统循环水,并证明他们可以操纵材料的热特性。Patrick表示:“操纵热特性可以帮助我们在电动汽车、高超音速飞机和微处理器等设备中开发更高效的主动冷却系统。例如,电动汽车电池目前依靠的是带有简单微通道的铝翅片进行冷却。我们相信我们的超材料在散热方面同样有效,并且还可以保护电源结构,但重量大大减轻。此外,3D打印能使我们能够创建更复杂、更优化的血管结构。”

研究人员还指出,新的超材料采用现有的复合材料制造工艺,非常具有成本效益。Patrick还表示:“纤维增强复合材料已经得到广泛使用。我们正在进一步开发材料,并利用3D打印创建一类新的多功能和可重新配置的超材料,不仅具有可扩展的结构,且价格相对低廉。”