Ang mga materyal na rebolusyonaryo na alam ang tungkol sa kanilang sarili ang lumikha ng batayan para sa mga istruktura ng tirahan

Paglalarawan ng isang bagong system na may kamalayan sa sarili ng mga metamaterial na ginamit sa ston ng coronary artery. Ang istraktura ay maaaring makaranas ng restenosis kapag ginamit sa isang stent, at ang parehong istraktura ay maaaring magamit sa isang malaking sukat sa mga beam ng tulay para sa pagsubaybay sa sarili para sa mga depekto sa istraktura. Kredito: Lab sa iSMaRT

Ang bagong pananaliksik sa nanoenergy ay nagtatanghal ng isang rebolusyonaryong nasusukat na materyal na nararamdaman at nagpapagana mismo.

Mula sa pinakamalaking tulay hanggang sa pinakamaliit na mga implant na medikal, ang mga sensor ay nasa lahat ng dako, at sa mabuting kadahilanan: ang kakayahang maunawaan at makontrol ang mga pagbabago bago sila maging mga problema ay maaaring mag-save at makatipid ng mga buhay.

Upang mas mahusay na matugunan ang mga potensyal na banta na ito, ang Intelligent Structural Monitoring and Response Laboratory (iSMaRT) sa University of Pittsburgh sa Swanson School of Engineering ay gumawa ng isang bagong klase ng mga materyales na parehong sensitibo sa mga kapaligiran at nanogenerator at handa nang baguhin ang multifunctionality. malaki at maliit ang mga teknolohiya.

Ang isang pag-aaral na inilathala kamakailan lamang sa Nano Energy, naglalarawan ng isang bagong sistema ng metamaterial na kumikilos bilang sarili nitong sensor, pagrekord at paglilipat ng mahalagang impormasyon tungkol sa presyon at stress sa istraktura nito. Ang tinaguriang “kamalayan sa sarili na metamaterial” ay lumilikha ng sarili nitong lakas at maaaring magamit para sa isang malawak na hanay ng mga application ng pag-sensing at pagsubaybay.

Ang pinaka-makabagong aspeto ng trabaho ay ang kakayahang sumukat: ang parehong disenyo ay gumagana sa parehong isang nanoscale at isang mega scale, simpleng pagbagay sa geometry ng disenyo.

“Walang alinlangan na ang mga susunod na henerasyon na materyales ay kailangang maging maraming nalalaman, madaling ibagay at napapasadyang,” sabi ni Amir Alavi, isang associate professor ng sibil at pangkalikasan na engineering at bioengineering na nagpapatakbo ng lab sa iSMaRT. “Hindi mo makakamtan ang mga tampok na ito sa mga likas na materyales lamang – kailangan mo ng hybrid o mga pinag-iisang materyal na system kung saan nag-aalok ang bawat kumplikadong layer ng sarili nitong pagpapaandar. Ang sistemang metamaterial na may kamalayan sa sarili na aming naimbento ay maaaring mag-alok ng mga katangiang ito sa pamamagitan ng pagsasama ng mga advanced na teknolohiya ng koleksyon ng metamaterial at enerhiya sa isang multi-scale na batayan, maging isang medikal na stent, isang shock absorber o isang pakpak ng sasakyang panghimpapawid. “

Habang ang halos lahat ng mayroon nang mga nadama na materyales ay mga pinaghalo na umaasa sa iba’t ibang mga hugis ng mga hibla ng carbon bilang mga sensitibong module, ang bagong konsepto na ito ay nag-aalok ng isang ganap na naiiba ngunit mabisang diskarte sa pagbuo ng mga sistema ng materyal na sensor at nanogenerator. Ang iminungkahing konsepto ay batay sa indibidwal na disenyo at pagpupulong ng mga materyal na microstruktura.

Ang materyal ay dinisenyo sa isang paraan na sa ilalim ng presyon sa pagitan ng mga conductive at dielectric layer nito, nakuryente ang contact, lumilikha ng isang singil na elektrisidad na nagpapadala ng impormasyon tungkol sa estado ng materyal. Bilang karagdagan, likas na nagmamana ng mahusay na mga katangiang mekanikal ng mga metamaterial, tulad ng negatibong pagpipilit at sobrang mataas na paglaban sa pagpapapangit. Ang lakas na ginawa ng built-in na mekanismo ng triboelectric nanogenerator ay tinanggal ang pangangailangan para sa isang hiwalay na mapagkukunan ng kuryente: ang mga naturang materyal na sistema ay maaaring gumamit ng daan-daang watts ng kuryente sa isang malaking sukat.

“Game changer” mula sa puso ng tao hanggang sa mga tirahan sa kalawakan

“Naniniwala kami na ang pag-imbento na ito ay nagbabago ng mga laro sa agham ng metamaterial, kung saan nagkakaroon ng momentum ngayon ang kagalingan sa maraming kaalaman,” sabi ni Coffee Barry, nangungunang may-akda at mag-aaral ng doktor sa lab ng Alavi. “Habang ang karamihan sa kasalukuyang pagsisikap sa lugar na ito ay napupunta lamang sa pag-aaral ng mga bagong katangian ng mekanikal, lumalayo pa rin tayo sa pamamagitan ng pagpapakilala sa tela ng mga materyal na materyal na rebolusyonaryong mekanismo ng pagsingil sa sarili at kagalingan.”

“Ang aming pinaka-kapanapanabik na kontribusyon ay na nagpapakilala kami ng mga bagong aspeto ng katalinuhan sa istraktura ng mga metamaterial. Maaari nating literal na baguhin ang anumang materyal na sistema sa sensing media at nanogenerators ayon sa konseptong ito, “dagdag ni Gloria Zhang, kapwa may-akda at mag-aaral ng doktor sa Alawi Laboratory.

Lumikha ang mga mananaliksik ng maraming mga prototype para sa iba’t ibang mga aplikasyon ng sibil, puwang at biomedical engineering. Sa isang mas maliit na sukat, ang isang stent sa puso na gumagamit ng disenyo na ito ay maaaring magamit upang makontrol ang daloy ng dugo at makita ang mga palatandaan ng restenosis o muling makitid ng arterya. Ang parehong disenyo ay ginamit din sa isang mas malaking sukat upang lumikha ng isang mekanikal na naaayos na sinag na angkop para sa isang tulay na maaaring malayang makontrol ang mga depekto sa istraktura nito.

Ang mga materyal na ito ay may napakalaking potensyal na lampas sa Lupa. Ang materyal na nagmamalas sa sarili ay hindi gumagamit ng mga carbon fibre o rolyo; ito ay magaan sa timbang, mababa sa density, murang, nasusukat at maaaring gawin gamit ang isang malawak na hanay ng mga organikong at hindi organikong materyales. Ang mga katangiang ito ay ginagawang perpekto para magamit sa pag-explore ng space sa hinaharap.

“Upang lubos na maunawaan ang napakalaking potensyal ng teknolohiyang ito, isipin kung paano natin maiakma ang konsepto na ito upang lumikha ng mga pansamantalang tirahan ng istrakturang puwang na ginagamit lamang ang mga katutubong materyales sa Mars at higit pa. Nauunawaan natin ito ngayon, ”Alawi said. “Sa konseptong ito, maaari kang lumikha ng mga nano-, micro-, macro- at mega-scale na mga materyal na materyal. Iyon ang dahilan kung bakit natitiyak kong ang imbensyang ito ay maaaring maglagay ng batayan para sa isang bagong henerasyon ng mga inhinyero na disenyo ng tirahan na tumutugon sa panlabas na stimuli, subaybayan ang kanilang kalagayan at pakainin ang kanilang sarili. “

Ang papel na “Multifunctional Meta-Tribomaterial Nanogenerators for Energy Collection and Active Sensing” ay kapwa akda ni Zhong Lin Wang, Ph.D., Tagapangulo ng High Tower at Propesor ng Mga Regent sa Georgia Institute of Technology, Ph.D., Research Professor sa Zhejiang University.

Sanggunian: “Multifunctional meta-tribomaterial nanogenerators para sa koleksyon ng enerhiya at aktibong sensing” Kawe Bari, Pencheng Jiao, Tianyun Zhang, Jun Chen, Zhong Lin Wang at Amir H. Alawi, Abril 16, 2021, Nano Energy.
DOI: 10.1016 / j.nanoen.2021.106074

Ang pag-aaral na ito ay bahagyang suportado ng NIH sa ilalim ng award number R21AR075242-01 at isang pagpapatuloy ng pansamantalang pat. Ser. № 63/048943, na may pamagat na “May malay-tao na pinaghalo na mekanikal Mga Metamaterial at isang paraan upang magawa ang pareho, ”isinampa kay Pete.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.