Les chercheurs ont créé et démontré un nouveau métamatériau vasculaire qui peut être reconfiguré pour modifier ses propriétés thermiques et électromagnétiques.

"Nous nous sommes inspirés du réseau de minuscules vaisseaux trouvés dans les organismes vivants et avons incorporé une telle microvascularisation dans un époxy structurel renforcé de fibres de verre - essentiellement de la fibre de verre vascularisée, " dit Jason Patrick, auteur correspondant du document de recherche.

"Et nous pouvons contrôler plusieurs caractéristiques du matériau composite en pompant différents fluides à travers ce système vasculaire. Cette reconfigurabilité est attrayante pour des applications allant des avions aux bâtiments en passant par les microprocesseurs." Patrick est professeur assistant en droit civil, génie de la construction et de l'environnement à la North Carolina State University.

Le métamatériau est fabriqué à l'aide de technologies d'impression 3D. Cela permet aux ingénieurs de créer des réseaux de petits tubes, connu sous le nom de microvascularisation, dans une grande variété de formes et de tailles. La microvascularisation peut être incorporée dans une gamme de composites structurels, de la fibre de verre à la fibre de carbone en passant par d'autres matériaux à haute résistance pour les gilets pare-balles.

Dans les expériences, les chercheurs ont infusé le système vasculaire avec un alliage métallique liquide à température ambiante de gallium et d'indium. Cela permet aux chercheurs de contrôler les propriétés électromagnétiques du métamatériau en manipulant l'architecture des microvaisseaux. Spécifiquement, contrôler l'orientation, l'espacement et le métal liquide conducteur contenu dans le système vasculaire permettent de contrôler la façon dont le matériau filtre les ondes électromagnétiques spécifiques dans le spectre des radiofréquences. Cette reconfiguration offre un potentiel pour les systèmes de communication et de détection accordables (par exemple, RADAR, Wi-Fi) capable de fonctionner dans différentes parties du spectre à la demande.

« La capacité de reconfigurer dynamiquement le comportement électromagnétique est vraiment précieuse, en particulier dans les applications où la taille, poids, et les contraintes de puissance incitent fortement à l'utilisation de dispositifs qui peuvent remplir plusieurs rôles de communication et de détection au sein d'un système, " dit le co-auteur Kurt Schab, professeur adjoint de génie électrique à l'Université de Santa Clara.

Les chercheurs ont également fait circuler de l'eau dans le même système vasculaire et ont démontré qu'ils pouvaient manipuler les caractéristiques thermiques du matériau.

« Cela pourrait nous aider à développer des systèmes de refroidissement actif plus efficaces dans des appareils tels que les véhicules électriques, avions hypersoniques et microprocesseurs, " dit Patrick. " Par exemple, les batteries des véhicules électriques reposent actuellement sur des ailettes en aluminium avec de simples microcanaux pour le refroidissement. Nous pensons que notre métamatériau serait aussi efficace pour dissiper la chaleur et pourrait également maintenir une protection structurelle de la source d'alimentation, mais serait nettement plus léger. En outre, L'impression 3D nous permet de créer plus complexe, architectures vasculaires optimisées."

Les chercheurs notent également que le nouveau métamatériau devrait être rentable car il repose sur des processus de fabrication de composites facilement disponibles.

« Les composites renforcés de fibres sont déjà largement utilisés, " dit Patrick. " Ce que nous faisons, c'est faire des progrès matériels et tirer parti de l'impression 3D pour créer une nouvelle classe de métamatériaux multifonctionnels et reconfigurables qui ont un réel potentiel d'évolutivité, mise en œuvre structurelle et ne devrait pas être d'un coût prohibitif."

Et après?

« Nous avons clairement quelques applications en tête pour ce métamatériau, mais il y a certainement des applications auxquelles nous n'avons pas pensé, " Patrick dit. "Nous sommes ouverts à travailler avec des gens qui ont de nouvelles idées sur la façon dont nous pourrions être en mesure d'utiliser davantage ce nouveau matériel."

Le papier, "Un métamatériau multifonctionnel et reconfigurable à base microvasculaire, " est publié dans la revue Technologies avancées des matériaux .