3D打印全新血管超材料，可经重新配置改变其热和电磁特性

导读：2021年8月18日，南极熊获悉，来自北卡罗来纳州立大学(North Carolina StateUniversity)研究人员开发出一种全新血管材料，并进行了展示。这种材料可被重新配置，从而改变热和电磁特性。

该研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学土木、建筑和环境工程系助理教授JasonPatrick表示：“我们从生物体中发现的微小血管网络中汲取灵感，并将这种微血管系统整合到用玻璃纤维增强的结构环氧树脂中，本质上是血管化的玻璃纤维。”

△图片来源：北卡罗来纳州立大学

Patrick还称：“通过将不同的流体泵入脉管系统，我们还可以控制复合材料的多种特性。这种可重构性极具潜力，可应用于飞机、建筑物和微处理器等领域。”

这种超材料由3D打印技术制成，因此工程师能够创建各种形状和大小的微小管网络，即微血管系统。这种微血管系统可以结合到一系列结构复合材料中，包括玻璃纤维、碳纤维，以及用于防弹衣的高强度材料。

在实验中，研究人员将镓和铟的室温液态金属合金注入脉管系统中，从而可以通过操控微血管结构来控制超材料的电磁特性。具体来说，通过控制血管系统中包含的方向、间距和导电液态金属，进而控制材料过滤掉射频频谱中的特定电磁波。这种重新配置具有可调谐通信和传感系统(例如雷达、Wi-Fi)的潜力，能够按需在频谱的不同部分运行。

合著者、圣塔克拉拉大学(Santa Clara University)电气工程助理教授Kurt Schab表示：“动态重新配置电磁非常有价值，特别是在尺寸、重量和功率限制极大激励设备使用的应用。这些应用可以在系统中承担多种通信和传感角色。”

研究人员还通过相同的脉管系统循环水，并证明他们可以操纵材料的热特性。Patrick表示：“操纵热特性可以帮助我们在电动汽车、高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。例如，电动汽车电池目前依靠的是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在散热方面同样有效，并且还可以保护电源结构，但重量大大减轻。此外，3D打印能使我们能够创建更复杂、更优化的血管结构。”

研究人员还指出，新的超材料采用现有的复合材料制造工艺，非常具有成本效益。Patrick还表示：“纤维增强复合材料已经得到广泛使用。我们正在进一步开发材料，并利用3D打印创建一类新的多功能和可重新配置的超材料，不仅具有可扩展的结构，且价格相对低廉。”