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美研發出模擬血管結構的復合材料

日期:2011-08-01 08:19:58

    據美國每日科學網站7月28日(北京時間)報道,美國科學家從生物的循環系統獲取靈感,研發出了類似于血管結構的復合材料,其可用于制造能自我愈合、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》雜志上。

    復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。復合材料既輕質又堅硬,因此,非常適合做結構材料。很多復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制成,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制造出的這種復合材料,其內部含有便于液體或氣體流動的細小管道,這些細小管道能在這種復合材料內形成一個毛細管網絡,就像樹內的脈管網絡一樣。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杰弗里·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。我們也希望能研制出具有同樣功能的材料,現在已經邁出了第一步。”

    為了制造這些小管道,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征,只需讓不同的液體在該材料內循環,其就具備多功能性。科學家們讓不同的液體在復合材料內循環,演示了其四種功能:溫度調節、化學反應、導電和改變電磁特征。他們通過讓冷卻劑或熱流體在其中循環以調節溫度;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)改變了其電磁特征。

    接下來,科學家們希望研發出相互連接的管道網絡,以便研制出可自我愈合、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天工程教授南希·索托斯表示:“這不僅是一個微流路設備,也不僅是芯片上的小玩意,這種結構材料能模擬生物系統的很多功能,這是一個巨大的進步。”


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