受自然启发的自传感材料可能会导致工程的新发展

天然材料的细胞形式是由国际工程师团队开发的新型轻质3D打印智能建筑材料的灵感来源。该团队由格拉斯哥大学的工程师领导，将一种常见的工业塑料与碳纳米管混合，创造出一种比同类传统材料更坚韧、更坚固、更智能的材料。

纳米管还允许原本不导电的塑料在其整个结构中携带电荷。当结构受到机械载荷时，其电阻会发生变化。这种被称为压敏电阻的现象使材料能够“感知”其结构健康状况。

通过使用先进的3D打印技术，对打印结构的设计提供高水平的控制，他们能够创建一系列具有中尺度多孔结构的复杂设计，这有助于减轻每个设计的整体重量并最大限度地提高机械性能。

该团队的蜂窝设计类似于自然界中发现的多孔材料，如蜂箱、海绵和骨头，它们重量轻但坚固耐用。

研究人员认为，他们的细胞材料可以在医学、假肢以及汽车和航空航天设计中找到新的应用，这些领域需要具有自我感知能力的低密度、坚韧材料。

该研究可作为《先进工程材料》杂志的早期观点论文在线获得。

在论文中，研究人员描述了他们如何研究他们使用定制材料打印的三种不同纳米工程设计的能量吸收和自感应特性，该定制材料由聚丙烯无规共聚物和多壁碳纳米管制成。

在测试的三种设计中，他们发现其中一种表现出机械性能和自我感应能力的最有效组合——一种立方体形状的“板格”，其中包含紧密排列的平板。

当受到单调压缩时，晶格结构显示出与相同相对密度的镍泡沫相似的能量吸收能力。它还优于许多其他相同密度的传统材料。

该研究由格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的ShanmugamKumar博士、剑桥大学的VikramDeshpande教授和麻省理工学院的BrianWardle教授领导。

Kumar博士说：“大自然有很多东西可以教工程师如何平衡特性和结构以创造高性能的轻质材料。我们从这些形式中汲取灵感来开发我们的新型蜂窝材料，这些材料与传统生产的材料相比具有独特的优势对应物，并且可以微调以操纵它们的物理特性。

“我们选择的聚丙烯无规共聚物提供了增强的加工性能、更好的耐温性、更好的产品一致性和更好的冲击强度。碳纳米管有助于使其机械坚固，同时赋予导电性。我们可以选择孔隙度在设计和构建多孔几何结构以增强特定于质量的机械性能。

“像这样的轻质、更坚韧、自我感应的材料在实际应用中具有很大的潜力。例如，它们可以帮助制造更轻、更高效的车身，或者为患有脊柱侧弯等问题的人制造能够感知身体何时出现的背撑没有得到最佳支持。它们甚至可以用来为电池创建新形式的架构电极。

该团队的论文题为“通过增材制造实现纳米工程自传感晶格的多功能性”，发表在AdvancedEngineeringMaterials上。