自我意识材料为生活结构构建基础

从最大的桥梁到最小的医疗植入物，传感器到处都是好的原因：在他们成为问题之前感觉和监控变化的能力可能是节省成本节约和救生。为了更好地解决这些潜在的威胁，匹兹堡大学斯旺斯工程学院的智能结构监测和响应测试（ISMART）实验室设计了一种新型材料，既是感应介质和纳米级，都是彻底改变多功能材料技术大小。

最近在纳米能量发表的研究描述了一种新的超材料系统，其充当其自己的传感器，记录和中继有关其结构上的压力和应力的重要信息。所谓的和＃34;自我意识的超材料和＃34;生成其自己的电源，可用于广泛的传感和监控应用程序。

这项工作中最具创新性的方面是其可扩展性：通过剪裁设计几何形状，在纳米尺度和兆瓦地带的同一设计工作。

＆＃34;毫无疑问，下一代材料需要多功能，适应性和可调性。＆＃34;艾瑞阿拉维斯表示，民间和环境工程助理教授和生物工程，人们领导ISMART实验室。 ＆＃34;您可以单独实现这些功能 - 您需要混合或复合材料系统，其中每个组成层提供自己的功能。我们＆＃39; VE发明的自我意识的超材料系统可以通过融合多尺度的先进的超材料和能量收集技术，无论是医疗支架，减震器还是飞机翼的先进的超级材料和能量收集技术都可以提供这些特征。＆＃34;

虽然几乎所有现有的自我传感材料都是依赖于不同形式的碳纤维作为传感模块的复合材料，但这种新概念提供了一种完全不同但有效的方法，以创建传感器和纳米液体材料系统。所提出的概念依赖于性能量身定制的材料微观结构的设计和组装。

该材料的设计使得在压力下，在其导电和介电层之间发生接触电气，产生电荷，该电荷能够继承关于材料条件的信息。此外，它还自然地继承了超材料的出色机械性能，如负压性和超高抗变形。由其内置的摩擦纳米电磁机构产生的功率消除了对单独的电源的需求：这种材料系统可以在大尺度上利用数百瓦的电力。

＆＃34;我们相信本发明是超级科学的游戏更换器，多功能性现在正在获得大量牵引力，＆＃34; Kaveh Barri说，领先作者和Alavi＆＃39; L实验室的博士生。 ＆＃34;虽然这一领域的最新努力的大部分努力仅仅是探索新的机械性能，但我们通过将革命性的自充电和自感应机制引入材料系统的织物来进一步进一步。＆ ＃34;

＆＃34;我们最令人兴奋的贡献是我们正在将智慧的新方面成为超材料的纹理。我们可以从这概念下的感应介质和纳米流行者进行字面地将任何材料系统转变为＆＃34;在Alavi＆＃39; L实验室中添加了Gloria Zhang，联合主导作者和博士生。

研究人员为各种民用，航空航天和生物医学工程应用创造了多种原型设计。以较小的刻度，使用这种设计的心脏支架可用于监测血液流动并检测再狭窄的迹象或动脉的重新缩小。同样的设计也以更大的尺度使用，以产生适用于可以自动监测其结构上缺陷的桥梁的机械可调谐光束。

这些材料也具有超越地球的巨大潜力。自我意识的材料既不使用碳纤维也不使用线圈;它的质量低，密度低，成本低，高度可扩展，并且可以使用广泛的有机和无机材料制造。这些品质使它们成为未来的空间探索的理想选择。

＆＃34;为了充分了解这项技术的巨大潜力，想象一下我们如何使这一概念适应这种概念，以在火星及超越的土着材料中使用土着材料来构建结构上的自我发电空间栖息地。我们现在实际上正在调查这个，＆＃34;阿拉维斯说。 ＆＃34;您可以在这一概念下创建纳米，微观，宏观和巨型材料系统。这就是为什么我相信本发明可以建立新一代工程生活结构的基础，这些结构响应外部刺激，自我监控其状况和权力。＆＃34;更多信息：Kaveh Barri等，用于能量收集和活性感测的多功能元染色材料，纳米能量（2021）。 DOI：10.1016 / J.Nanoen.2021.106074