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研究人员已经创建并展示了一种新的血管超材料，可以重新配置以改变其热和电磁特性。
“我们从生物体中发现的微小血管网络中汲取灵感，并将这种微血管成纳入与玻璃纤维的结构环氧树脂，这些玻璃纤维增强，”研究论文的相应作者Jason Patrick说。
“并且我们可以通过通过该脉管系统泵送不同的流体来控制复合材料的多种特性。这种重构性是对从飞机到建筑物到微处理器的应用程序的吸引力。“帕特里克是北卡罗来纳州立大学的民用，建筑和环境工程助理教授。
超材料使用3D打印技术进行。这允许工程师以各种形状和尺寸的形状和尺寸创建一个被称为微血管结构的小管网络。微血管组可以掺入一系列结构复合材料中，从玻璃纤维到碳纤维到碳纤维到其他高强度材料用于体装甲。
在实验中，研究人员用镓和铟的室温液金属合金注入脉管系统。这允许研究人员通过操纵微孔架构来控制超材料的电磁特性。具体地，控制脉管系统内包含的取向，间隔和导电液态金属可控制材料如何在射频频谱中过滤出特定的电磁波。该重新配置可容纳可调谐通信和传感系统（例如雷达，Wi-Fi），其能够按需在频谱的不同部分操作。
“动态重新配置电磁行为的能力非常有价值，特别是在大小，重量和功率约束的应用中高度激励使用可以在系统内执行多次通信和感测角色的设备，”Co-Author Kurt Schab说圣克拉拉大学助理电气工程教授。
研究人员还通过相同的血管系统循环水，并证明了它们可以操纵材料的热特性。
“这可以帮助我们在电动车，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，”Patrick说。“例如，电动汽车中的电池目前依赖于铝翅片，具有简单的微通道进行冷却。我们认为，我们的超材料在散热时有效，也可以保持电源的结构保护 - 但基本上是更轻的。此外，3D打印允许我们创建更复杂，优化的血管架构。“
研究人员还注意到，新的超材料应具有成本效益，因为它依赖于可用的复合制造工艺。
“纤维增强复合材料已经广泛使用，”Patrick说。“我们正在做的是制作材料进步并利用3D打印来创建一个新的多功能和可重新配置的超材料，具有可扩展，结构实现的实际潜力，不应该昂贵。”
下一步是什么？
“我们清楚地对此的超材料进行了一些应用，但我们还没有想到的应用程序，”Patrick说。“我们开放与拥有新想法的人员，了解我们如何进一步利用这种新颖的材料。”
本文，“基于微血管的多功能和可重新配置的超材料，“发表在期刊上先进的材料技术。第一作者是Urmi Devi，博士。在NC状态的学生。本文由麦克里菲利普斯，博士学位合作。纳邦国家的学生;Reza Pejman和Drexel University的Ahmad Najafi;彭飞张和俄亥俄州州立大学的Soheil Soghrati;休斯顿大学的Kalyana B. Nakshatrala;圣克拉拉大学的Kurt R. Schab。该研究是根据授予FA9550-1-1--0048的科学研究空军办公室的支持。
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编辑注：研究摘要跟随。
“基于微血管的多功能和可重新配置的超材料”
作者：Urmi Devi，Zachary J. Phillips和北卡罗来纳州州立大学的Jason F. Patrick;Reza Pejman和Drexel大学的艾哈迈德·纳杰菲;彭飞张和俄亥俄州州立大学Soheil Soghrati;休斯顿大学Kalyana B. Nakshatrala;和圣克拉拉大学圣克拉拉大学的Kurt R. Schab
发表：8月16日，先进的材料技术
迪伊：10.1002 / admt.202100433
抽象的：几乎全自然和合成的复合材料从分层构成中得出了它们的特征属性。通过精确图案化，工程的超材料表现出不存在于天然复合材料中的物质，通常在比它们影响的现象的波长小的尺寸尺度上定期定期。轻质纤维增强的聚合物复合材料，包括嵌入连续矩阵内的硬质/强纤维，为微观架构的超材料提供了一种优越的结构平台。微血管纤维复合材料的出现最初是通过填充有功能流体的微通道进行生物悬浮的自我愈合，为动态可重构行为提供独特的途径。这里证明了通过蛇形脉管系统内的流体取代通过流体取代来调节单个结构复合材料内的电磁和热响应的新能力。液态金属渗透的不同密度微通道改变偏振射频波反射，而通过相同的脉管系统的水循环可以实现主动冷却。通过广泛的血管化控制散装性能的最新方法对结构性能的影响最小。本文介绍的详细实验/计算研究，解开了微血管拓扑对宏观力行为的影响。跨越多种物理的结果为未来的设计优化和实际应用的多功能和适应性微血管复合超材料提供了新的基准。
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