Revoluční materiály, které si uvědomují sebe sama, tvoří základ živých struktur

Ilustrace sebeidentifikujícího transportního systému románu používaného v kardiovaskulárním stentu. Při použití na stentu může dojít k restenóze; stejný kůň může být použit na mostní nosníky velkého rozsahu pro strukturální vady. Zápočet: laboratoř iSMaRT

Nový výzkum od společnosti Nano Energy představuje revoluční materiál ve velkém měřítku, který se cítí zmocněn.

Od největších mostů po nejmenší lékařské implantáty jsou senzory všude, což je dobrý důvod pro to, abychom mohli snímat a kontrolovat změny dříve, než se stanou problémy, které mohou být jak úsporné, tak nákladově efektivní.

Pro lepší řešení těchto potenciálních hrozeb navrhla laboratoř University Structural Monitoring (iSMaRT) v Pittsburghu Swanson Engineering School novou třídu materiálů, které jsou „citlivé na životní prostředí“, „nanogenerátory“ připravené k revoluci v multifunkčních materiálech. velká i malá technologie.

Nedávno publikovaný výzkum Nano energie:, popisuje nový materiálový systém, který funguje jako vlastní senzor, zaznamenává, přenáší a přenáší důležité informace o napětích jeho struktury. Takzvaný „sebevědomý agent“ generuje vlastní energii և lze ji použít համար pro širokou škálu citlivých monitorovacích aplikací.

Nejinovativnějším aspektem práce je její rozsah. Stejný vzor funguje v nanoměřítku, megascal, jednoduše úpravou geometrie návrhu.

„Není pochyb o tom, že nová generace materiálů by měla být multifunkční, přizpůsobitelná a nastavitelná,“ řekl Amir Alavi, asistent pro civilní, environmentální inženýrství a biotechnologie, který vede laboratoř iSMaRT. „Těchto vlastností nemůžete dosáhnout pouze s přírodními materiály. Potřebujete hybridní nebo kompozitní materiálové systémy, ve kterých každá vrstva komponent nabízí své vlastní funkce. Samoobslužné materiálové systémy, které jsme vynalezli, mohou nabídnout tyto vlastnosti kombinací pokročilých technologií – energeticky úsporných technologií, ať už je to lékařský stent, tlumič nárazů nebo letadlo.

Ačkoli téměř všechny existující materiály jsou kompozice, které se spoléhají na různé typy uhlíkových vláken jako citlivé moduly, tento nový koncept je zcela odlišným, ale účinným přístupem k vytváření systémů materiálů senzor-generátor. Navrhovaný koncept je založen na návrhu založeném na výkonu և montáži materiálových mikrostruktur.

Materiál je navržen takovým způsobem, že pod kontaktním tlakem probíhá elektrifikace prostřednictvím jeho vysílacích „dielektrických vrstev“ a vytváří elektrický náboj, který přenáší informace o stavu materiálu. Kromě toho přirozeně zdědí zjevné mechanické vlastnosti materiálů, jako je negativní stlačitelnost – ultra vysoká odolnost proti deformaci. Energie generovaná zabudovaným triboelektrickým nanogenerátorem eliminuje potřebu samostatného zdroje energie. Takové materiálové systémy mohou ve velkém měřítku využívat stovky wattů energie.

„Změna hry“ – od lidského srdce po vesmírná stanoviště

„Myslíme si, že tento vynález mění hru ve vědě dopravy, kde je nyní multifunkčnost velmi zajímavá,“ uvedl Cave Barry, hlavní autor Alawi Laboratory. „Zatímco velká část současného úsilí v této oblasti jednoduše zkoumá nové mechanické vlastnosti, děláme krok vpřed zavedením revolučních mechanismů samonabíjení do struktury materiálových systémů.“

„Naším nejzajímavějším příspěvkem je, že zkoumáme nové aspekty inteligence ve struktuře metalurgie. S ohledem na tuto skutečnost můžeme doslova přeměnit jakýkoli materiální systém na senzorické prostředí – nanogenerátory, “dodala Gloria Hang Ang, spoluzakladatelka Alavi Laboratory PhD.

Vědci vyvinuli řadu prototypů pro řadu projektů civilního, leteckého a biomedicínského inženýrství. V menším měřítku lze pomocí stentu srdce pomocí tohoto vzorku monitorovat průtok krve, detekovat známky restenózy nebo detekovat zúžení tepny. Stejný design byl také použit v mnohem větším měřítku k vytvoření mechanicky nastavitelného nosníku vhodného pro most, který by mohl nezávisle kontrolovat nedokonalosti jeho konstrukce.

Tyto materiály mají obrovský potenciál i mimo Zemi. Samolepicí materiál nepoužívá ani uhlíková vlákna, ani spirály; Jedná se o hmotu světla, nízkou hustotu, nízkou cenu, vysoce škálovatelnou, lze ji vyrobit pomocí široké škály organických a anorganických materiálů. Díky těmto vlastnostem jsou ideální pro budoucí průzkum vesmíru.

„Abychom plně pochopili obrovský potenciál této technologie, představte si, jak můžeme tuto myšlenku dokonce přizpůsobit strukturně gravitačním vesmírným obydlím pouze s použitím nativních materiálů. Mars a za. „Teď to vlastně studujeme,“ řekla Alavi. „V rámci tohoto konceptu můžete vytvářet systémy z nano, mikroskopických materiálů a materiálů v měřítku. Proto jsem přesvědčen, že tento vynález může položit základy pro novou generaci inženýrských živých struktur, které reagují na vnější podněty, samy sledují jejich stav a pracují samostatně. “

Spoluautor „Multifunkčních metamateriálních nanogenerátorů pro extrakci aktivní energie“ spoluautorem Gruzie na Lin Wang, profesor na katedře Heightower v Gruzínském státním technologickém institutu, Jun Un Chen, asistent Pitta, Pengcheng Jiao, Ph.D.

Odkaz. Autoři: Kaveh Barri, Pengcheng Jiao, Qianyun Zhang, Jun Chen, Zhong Lin Wang և Amir H. Alavi, 16. dubna 2021 Nano energie:,
DOI: 10.1016 / j.nanoen.2021.106074:

Tato studie je částečně podporována cenou NIH Award R21AR075242-01, která je pokračováním dočasného okna USA. Milovat. Č. 63/048943 s názvem „Kompozitní mechanický kompozit pro vlastní vědomí Metamateriály: „Způsob, jak udělat totéž,“ řekl Pitt.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.