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研究人员已经创造并展示了一种新的血管超材料，可以通过重新配置来改变其热和电磁特性。
该研究论文的通讯作者Jason Patrick说:“我们从生物体内发现的微血管网络中汲取灵感，并将这种微血管系统整合到一种用玻璃纤维增强的环氧结构中——基本上是带血管的玻璃纤维。”
“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。
这种超材料是用3D打印技术制造的。这使得工程师们能够创建各种形状和大小的微型管道网络，称为微血管系统。微血管系统可以被整合到一系列结构复合材料中，从玻璃纤维到碳纤维，再到用于防弹衣的其他高强度材料。
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，特别是在尺寸、重量和功率限制高度鼓励使用设备的应用中，这些设备可以在一个系统中执行多个通信和传感角色，”合著者Kurt Schab说。圣克拉拉大学电子工程助理教授。
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。
帕特里克说:“这可以帮助我们开发更有效的主动冷却系统，用于电动汽车、高超音速飞机和微处理器等设备。”“例如，目前电动汽车的电池依靠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将在散热方面同样有效，也可以保持电源的结构保护-但将大大轻。此外，3D打印使我们能够创建更复杂、优化的血管结构。”
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。”
接下来是什么?
“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，“一种基于微血管的多功能可重构超材料，发表在杂志上先进材料技术．第一作者是Urmi Devi，北卡州立大学的博士生。这篇论文的合著者是北卡罗来纳州立大学的博士生扎卡里·菲利普斯(Zachary Phillips);Drexel大学的Reza Pejman和Ahmad Najafi;俄亥俄州立大学的张鹏飞和Soheil Soghrati;休斯顿大学的Kalyana B. Nakshatrala;以及圣克拉拉大学的库尔特·r·沙伯。这项研究是在空军科学研究办公室的支持下进行的，拨款为fa950s -18-1-0048。
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编辑注：研究摘要如下。
一种基于微血管的多功能可重构超材料
作者: Urmi Devi, Zachary J. Phillips和Jason F. Patrick，北卡罗莱纳州立大学;Drexel大学的Reza Pejman和Ahmad R. Najafi;张鹏飞和Soheil Soghrati，俄亥俄州立大学;Kalyana B. Nakshatrala，休斯顿大学;圣克拉拉大学的Kurt R. Schab
发表: 8月16日,先进材料技术
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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