美國科學家:成功研發出模擬血管結構的複合材料

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弗裏·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奈米流體，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希·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，這種結構材料能模擬生物系統的很多功能，這是一個巨大的進步。”



科技日報 2011/07/29  劉霞

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• Self-Healing, Self-Cooling, Metamaterials: Vascular Composites Enable Dynamic Structural Materials (Science Daily)
• Three-Dimensional Microvascular Fiber-Reinforced Composites(Advanced Materials)