美研发出模拟血管结构的复合材料

2011-7-31 00:02 来源: 中国科学院
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  据美国每日科学网站7月28日(北京时间)报道,美国科学家从生物的循环系统获取灵感,研发出了类似于血管结构的复合材料,其可用于制造能自我愈合、自我冷却的轻质而坚硬的材料、像树一样运送物质和能量的动力材料以及超材料等。相关研究发表在最新一期《先进材料》杂志上。

  复合材料是两种或更多材料的结合体,其拥有多种材料的性能。复合材料既轻质又坚硬,因此,非常适合做结构材料。很多复合材料都是靠纤维增加强度的,由嵌入树脂内的编织纤维网制成,比如石墨、玻璃纤维、合成纤维凯芙拉等都可用作嵌入材料。

  伊利诺斯大学的科学家利用新方法制造出的这种复合材料,其内部含有便于液体或气体流动的细小管道,这些细小管道能在这种复合材料内形成一个毛细管网络,就像树内的脉管网络一样。参与该研究的伊利诺斯大学化学、材料科学及工程专业教授杰弗里·摩尔表示,“树是不可思议的结构材料,它们能像水泵一样吸入液体,从根部朝叶子运送物质和能量。我们也希望能研制出具有同样功能的材料,现在已经迈出了第一步。”

  为了制造这些小管道,科学家们对一些特殊纤维进行了处理,让它们在高温下降解,当温度进一步升高时,这些被降解的纤维会蒸发,只留下细小的管道。

  最新材料有一个显著的特征,只需让不同的液体在该材料内循环,其就具备多功能性。科学家们让不同的液体在复合材料内循环,演示了其四种功能:温度调节、化学反应、导电和改变电磁特征。他们通过让冷却剂或热流体在其中循环以调节温度;将化学物质注入不同的血管分支中,让其混合在一起产生了一个冷光反应;通过使用能导电的液体从而使该材料具备了导电性。通过使用铁磁铃(一种具有极强渗透性的纳米流体,在磁场作用下会呈现强磁化状态)改变了其电磁特征。

  接下来,科学家们希望研发出相互连接的管道网络,以便研制出可自我愈合、自我冷却的聚合物或燃料电池等。

  该研究的合作者、材料科学与工程和航空航天工程教授南希·索托斯表示:“这不仅是一个微流路设备,也不仅是芯片上的小玩意,这种结构材料能模拟生物系统的很多功能,这是一个巨大的进步。”