美研發出類比血管結構的複合材料

發佈時間: 2011-08-03

  據美國每日科學網站7月28日(北京時間)報導,美國科學家從生物的循環系統獲取靈感,研發出了類似於血管結構的複合材料,其可用於製造能自我癒合、自我冷卻的輕質而堅硬的材料、像樹一樣運送物質和能量的動力材料以及超材料等。相關研究發表在最新一期《先進材料》雜誌上。

  複合材料是兩種或更多材料的結合體,其擁有多種材料的性能。複合材料既輕質又堅硬,因此,非常適合做結構材料。很多複合材料都是靠纖維增加強度的,由嵌入樹脂內的編織纖維網製成,比如石墨、玻璃纖維、合成纖維凱芙拉等都可用作嵌入材料。

  伊利諾斯大學的科學家利用新方法製造出的這種複合材料,其內部含有便於液體或氣體流動的細小管道,這些細小管道能在這種複合材料內形成一個毛細管網路,就像樹內的脈管網路一樣。參與該研究的伊利諾斯大學化學、材料科學及工程專業教授傑佛瑞•摩爾表示,“樹是不可思議的結構材料,它們能像水泵一樣吸入液體,從根部朝葉子運送物質和能量。我們也希望能研製出具有同樣功能的材料,現在已經邁出了第一步。”

  為了製造這些小管道,科學家們對一些特殊纖維進行了處理,讓它們在高溫下降解,當溫度進一步升高時,這些被降解的纖維會蒸發,只留下細小的管道。

  最新材料有一個顯著的特徵,只需讓不同的液體在該材料內迴圈,其就具備多功能性。科學家們讓不同的液體在複合材料內迴圈,演示了其四種功能:溫度調節、化學反應、導電和改變電磁特徵。他們通過讓冷卻劑或熱流體在其中迴圈以調節溫度;將化學物質注入不同的血管分支中,讓其混合在一起產生了一個冷光反應;通過使用能導電的液體從而使該材料具備了導電性。通過使用鐵磁鈴(一種具有極強滲透性的納米流體,在磁場作用下會呈現強磁化狀態)改變了其電磁特徵。

  接下來,科學家們希望研發出相互連接的管道網路,以便研製出可自我癒合、自我冷卻的聚合物或燃料電池等。

  該研究的合作者、材料科學與工程和航空航太工程教授南茜•索托斯表示:“這不僅是一個微流路設備,也不僅是晶片上的小玩意,這種結構材料能類比生物系統的很多功能,這是一個巨大的進步。”