Forskare har skapat och demonstrerat ett nytt vaskulärt metamaterial som kan omkonfigureras för att ändra dess termiska och elektromagnetiska egenskaper.

"Vi hämtade inspiration från nätverket av små kärl som finns i levande organismer och har införlivat sådan mikrovaskulatur i en strukturell epoxi förstärkt med glasfibrer - i huvudsak vaskulariserat glasfiber, "säger Jason Patrick, motsvarande författare till forskningsartikeln.

"Och vi kan kontrollera flera egenskaper hos kompositmaterialet genom att pumpa olika vätskor genom kärlet. Denna omkonfigurerbarhet är tilltalande för applikationer som sträcker sig från flygplan till byggnader till mikroprocessorer." Patrick är biträdande professor i civil, konstruktion och miljöteknik vid North Carolina State University.

Metamaterialet är tillverkat med 3D -utskriftsteknik. Detta gör det möjligt för ingenjörer att skapa nätverk av små rör, känd som mikrovaskulatur, i en mängd olika former och storlekar. Mikrovaskulaturen kan införlivas i en rad strukturella kompositer, från glasfiber till kolfiber till andra höghållfasta material för kroppspansar.

I experiment, forskarna infunderade kärlen med en rumstemperatur flytande metalllegering av gallium och indium. Detta gör det möjligt för forskare att kontrollera metamaterialets elektromagnetiska egenskaper genom att manipulera mikrokärlens arkitektur. Specifikt, styr orienteringen, mellanrum och ledande flytande metall i kärlsystemet ger kontroll över hur materialet filtrerar bort specifika elektromagnetiska vågor i radiofrekvensspektrumet. Denna omkonfiguration har potential för avstämbar kommunikations- och avkänningssystem (t.ex.RADAR, Wi-Fi) som kan användas i olika delar av spektret på begäran.

"Förmågan att dynamiskt omkonfigurera elektromagnetiskt beteende är verkligen värdefull, särskilt i applikationer där storlek, vikt, och strömbegränsningar stimulerar starkt användningen av enheter som kan utföra flera kommunikations- och avkänningsroller inom ett system, "säger medförfattaren Kurt Schab, en biträdande professor i elektroteknik vid Santa Clara University.

Forskarna cirkulerade också vatten genom samma kärl och visade att de kunde manipulera materialets termiska egenskaper.

"Detta kan hjälpa oss att utveckla effektivare aktiva kylsystem i enheter som elfordon, hypersoniska flygplan och mikroprocessorer, "Säger Patrick." Till exempel, batterier i elfordon för närvarande förlitar sig på aluminiumfenor med enkla mikrokanaler för kylning. Vi tror att vårt metamaterial skulle vara lika effektivt för att avleda värme och även kunna bibehålla ett strukturellt skydd för strömkällan - men det skulle vara väsentligt lättare. Dessutom, 3D -utskrift gör att vi kan skapa mer komplexa, optimerade kärlarkitekturer. "

Forskarna noterar också att det nya metamaterialet bör vara kostnadseffektivt eftersom det bygger på lättillgängliga sammansatta tillverkningsprocesser.

"Fiberförstärkta kompositer används redan i stor utsträckning, "Patrick säger." Det vi gör är att göra materiella framsteg och utnyttja 3D -utskrift för att skapa en ny klass av multifunktionella och omkonfigurerbara metamaterial som har verklig potential för skalbara, strukturellt genomförande och bör inte vara oöverkomligt dyrt. "

Vad kommer härnäst?

"Vi har helt klart några applikationer i åtanke för detta metamaterial, men det finns säkert applikationer som vi inte har tänkt på, "Patrick säger." Vi är öppna för att arbeta med människor som har färska idéer om hur vi kan använda det nya materialet ytterligare. "

Pappret, "Ett mikrovaskulärt baserat multifunktionellt och omkonfigurerbart metamaterial, "publiceras i tidningen Avancerad materialteknik .