Самочувствителните материали, вдъхновени от природата, могат да доведат до нови разработки в инженерството

Усъвършенствани инженерни материали (2022 г.). DOI: 10.1002/adem.202200194″ width=”660″ height=”530″/>

Проектиране и производство на полипропиленови произволни съполимерни/многостенни въглеродни нанотръби (PPR/MWCNT) клетъчни структури: CAD модели и изображения на PPR/MWCNT мрежи, адитивно произведени с 6% тегловни въглеродни нанотръби (CNT) и 30% относителна плътност. кредит: Усъвършенствани инженерни материали (2022 г.). DOI: 10.1002/adem.202200194

Клетъчните форми на естествените материали са в основата на нов лек и интелигентен материал, отпечатан в 3D и разработен от международен екип от инженери.

Екипът, ръководен от инженери от университета в Глазгоу, смеси обичайна форма на индустриална пластмаса с въглеродни нанотръби, за да създаде материал, който е по-здрав, по-здрав и по-интелигентен от сравнимите конвенционални материали.

Нанотръбите също така позволяват на иначе непроводимата пластмаса да носи електрически заряд в цялата си структура. Когато конструкцията е подложена на механични натоварвания, нейното електрическо съпротивление се променя. Това явление, известно като пиезорезитивност, дава на материала способността да “усеща” своето структурно здраве.

Използвайки усъвършенствани техники за 3D печат, които осигуряват високо ниво на контрол върху дизайна на отпечатаните структури, те успяха да създадат серия от сложни дизайни със средномащабна пореста архитектура, която помага за намаляване на общото тегло на всеки дизайн и максимизиране на механичните характеристики .

Дизайнът на клетките на екипа е подобен на порести материали, открити в естествения свят, като кошери, гъби и кости, които са леки, но здрави.

Изследователите вярват, че техните клетъчни материали могат да намерят нови приложения в медицината, протезирането и автомобилния и авиокосмическия дизайн, където се търсят здрави материали с ниска плътност с прекалено самочувствие.

Изследването е достъпно онлайн като първа статия в списанието Усъвършенствани инженерни материали.

В статията изследователите описват как са изследвали характеристиките на абсорбцията на енергия и самочувствието на три различни нано-инженерни модела, които са отпечатали, използвайки техния персонализиран материал, който е направен от произволен съполимер на полипропилен и многостенни въглеродни нанотръби.

От трите тествани дизайна, те открили, че единият има най-ефективната комбинация от механични характеристики и самочувствителна способност – кубообразен “пластов масив”, който включва плътно опаковани плоски листове.

Решетъчната структура, когато е подложена на монотонно компресиране, показва капацитет за поглъщане на енергия, подобен на никелови пяни със същата относителна плътност. Той също така превъзхожда редица други конвенционални материали със същата плътност.

Изследването е ръководено от д-р Шанмугам Кумар от Инженерното училище Джеймс Уат на университета в Глазгоу, заедно с колегите професор Викрам Дешпанде от университета в Кеймбридж и професор Брайън Уордъл от Масачузетския технологичен институт.

Д-р Кумар каза: „Природата има какво да научи инженерите как да балансират свойствата и структурата, за да създават леки, високоефективни материали. Вдъхновихме се от тези форми, за да разработим нашите нови клетъчни материали, които предлагат уникални предимства пред тяхното конвенционално производство. колеги и могат да бъдат фино настроени, за да манипулират техните физически свойства.

„Полипропиленовият произволен съполимер, който избрахме, предлага по-добра обработваемост, по-добра устойчивост на температура, по-добра консистенция на продукта и по-добра устойчивост на удар. Въглеродните нанотръби помагат да се направи механично здрав, като същевременно му придават електрическа проводимост. Можем да изберем степента на порьозност в дизайна и архитектура на порестата геометрия за подобряване на специфичните за масата механични свойства.

„Леки, по-здрави, самочувствителни материали като тези имат голям потенциал за практически приложения. Те биха могли да помогнат за създаването на по-леки, по-ефективни каросерии на автомобили, например, или скоби за гърба за хора с проблеми като сколиоза, които могат да усетят, когато телата им не са получаване на оптимална поддръжка и дори може да се използва за създаване на нови форми на архитектурни електроди за батерии.

Документът на екипа, озаглавен „Многофункционалност на наноинженерни самочувствителни решетки, активирани от адитивното производство“, е публикуван в Усъвършенствани инженерни материали.


„Умните“ 3D отпечатани ортодонтски апарати могат да подобрят лечението на сколиоза


Повече информация:
Jabir Ubaid et al, Многофункционалност на нано-инженерни самочувствителни мрежи, активирани от адитивното производство, Усъвършенствани инженерни материали (2022 г.). DOI: 10.1002/adem.202200194

Предоставено от университета в Глазгоу

цитат: Вдъхновените от природата самочувствителни материали могат да доведат до нови разработки в инженерството (10 май 2022 г.) Извлечено на 11 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-nature-inspired-self -sensing-materials . html

Този документ е обект на авторско право. Освен за честна употреба за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието е предоставено само за информация.

Add Comment