從最大的橋梁到最小的醫(yī)療植入物，傳感器無(wú)處不在，這是有充分理由的：在變化成為問題之前感知和監(jiān)控變化的能力既可以節(jié)省成本又可以挽救生命。
為了更好地應(yīng)對(duì)這些潛在威脅，匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的智能結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和響應(yīng)測(cè)試 (iSMaRT) 實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一類新型材料，既是傳感介質(zhì)又是納米發(fā)電機(jī)，并準(zhǔn)備徹底改變多功能材料技術(shù)大大小小的。
最近發(fā)表在《納米能源》上的這項(xiàng)研究描述了一種新的超材料系統(tǒng)，它充當(dāng)自己的傳感器，記錄和傳遞有關(guān)其結(jié)構(gòu)上的壓力和應(yīng)力的重要信息。所謂的“自我意識(shí)超材料”產(chǎn)生自己的能量，可用于廣泛的傳感和監(jiān)測(cè)應(yīng)用。
這項(xiàng)工作最具創(chuàng)新性的方面是其可擴(kuò)展性：只需調(diào)整設(shè)計(jì)幾何形狀，即可在納米級(jí)和兆級(jí)上使用相同的設(shè)計(jì)。
“毫無(wú)疑問，下一代材料需要多功能、自適應(yīng)和可調(diào)。”iSMaRT 實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、土木與環(huán)境工程和生物工程助理教授 Amir Alavi 說。“僅靠天然材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)這些功能——您需要混合或復(fù)合材料系統(tǒng)，其中每個(gè)組成層都提供自己的功能。我們發(fā)明的具有自我意識(shí)的超材料系統(tǒng)可以通過融合先進(jìn)的超材料來提供這些特性以及多尺度的能量收集技術(shù)，無(wú)論是醫(yī)療支架、減震器還是飛機(jī)機(jī)翼。”
雖然幾乎所有現(xiàn)有的自感應(yīng)材料都是依賴于不同形式的碳纖維作為感應(yīng)模塊的復(fù)合材料，但這一新概念提供了一種完全不同但有效的方法來創(chuàng)建傳感器和納米發(fā)電機(jī)材料系統(tǒng)。所提出的概念依賴于材料微結(jié)構(gòu)的性能定制設(shè)計(jì)和組裝。
該材料的設(shè)計(jì)使得在壓力下，其導(dǎo)電層和介電層之間發(fā)生接觸帶電，產(chǎn)生電荷，傳遞有關(guān)材料狀況的信息。此外，它自然地繼承了超材料的卓越機(jī)械性能，如負(fù)壓縮性和超高抗變形能力。其內(nèi)置摩擦納米發(fā)電機(jī)機(jī)制產(chǎn)生的電力消除了對(duì)單獨(dú)電源的需求：這種材料系統(tǒng)可以大規(guī)模利用數(shù)百瓦的電力。
標(biāo)簽： 生命結(jié)構(gòu)
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