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地點： 長沙市 開展時間： 2025-04-10 舉辦單位： 湖南水資源大會辦公室
湖南水利科技博覽會組委會、河南納威展覽服務(wù)有限公司、北京雙子座展覽有限公 -
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蜂窩 PEEK添加微型碳纖維，新材料可用于智能假肢和*療植入物
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】工程師已經(jīng)開發(fā)出基于塑料的蜂窩結(jié)構(gòu)，可用于新型智能假肢和*療植入物。其發(fā)明者表示，一種新型輕質(zhì)、抗沖擊的塑料“蜂窩”結(jié)構(gòu)可以感知何時受到損壞，可以用于新型“智能”假肢和*療植入物。
在《材料與設(shè)計》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，格拉斯哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的工程師團(tuán)隊描述了他們?nèi)绾问褂?3D 打印技術(shù)為稱為聚醚醚酮或 PEEK 的塑料添加新特性。
該團(tuán)隊在其蜂窩 PEEK 結(jié)構(gòu)中添加了微型碳纖維，使這種通常不導(dǎo)電的材料能夠在其整個結(jié)構(gòu)中攜帶電荷。
碳纖維 PEEK 材料優(yōu)于傳統(tǒng)的PEEK 材料
他們想研究損壞其導(dǎo)電蜂窩 PEEK 復(fù)合材料是否會影響其電阻。如果是這樣，它可以使新材料具有“自我感知”的能力——例如，允許髖關(guān)節(jié)植入物報告其導(dǎo)電性何時發(fā)生變化，表明它已經(jīng)磨損并需要更換。
自我感知能力
為了測試該設(shè)計的自我感知能力，他們使用碳纖維 PEEK 材料和傳統(tǒng)的PEEK 材料，3D 打印創(chuàng)建了三種不同的蜂窩結(jié)構(gòu)——六邊形結(jié)構(gòu)、十字形非對稱結(jié)構(gòu)和六面凹角設(shè)計結(jié)構(gòu)。
能量吸收能力
然后，他們讓這個模擬細(xì)胞結(jié)構(gòu)承受兩種類型的載荷，以比較它們各自吸收能量的能力。在擠壓測試中，在這兩個結(jié)構(gòu)坍塌之前施加一致的壓力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳纖維 PEEK 材料的所有結(jié)構(gòu)設(shè)計都優(yōu)于其傳統(tǒng)的 PEEK 對應(yīng)物，前者能夠承受更高的壓力。
抗高空沖擊能力
然而，在沖擊測試中，當(dāng)重物從高處落到結(jié)構(gòu)上時，三種碳纖維 PEEK 結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗損壞能力。碳纖維 PEEK 的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)具有最佳的性能，比其他任何一種形狀都能承受更大的沖擊。
應(yīng)對的電荷抵抗力
在壓碎測試中，研究人員還測量了碳纖維 PEEK 蜂窩結(jié)構(gòu)在三種不同結(jié)構(gòu)受到應(yīng)變時對電荷的抵抗力。外加應(yīng)變電阻的變化——一種被稱為壓阻靈敏度的損傷進(jìn)展量度——隨著壓縮應(yīng)變的增加而降低，當(dāng)結(jié)構(gòu)被完全壓碎時，電阻幾乎完全喪失。觀察到的不同配置的不同規(guī)格因子與其吸收能量的能力相關(guān)的損傷增長率相關(guān)，這表明碳纖維 PEEK 的壓阻性可能有助于創(chuàng)建新一代智能輕質(zhì)多功能結(jié)構(gòu)。
格拉斯哥大學(xué)詹姆斯瓦特工程學(xué)院的 Shanmugam Kumar 是該論文的通訊作者。阿拉伯聯(lián)合酋長國哈利法大學(xué)和英國劍橋大學(xué)的同事也為這項研究做出了貢獻(xiàn)。
“3D 打印使我們能夠極大地控制蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計和密度。與傳統(tǒng)上用于*療植入物(如髖關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)置換術(shù))的固體金屬合金相比，這可能使我們能夠制造出更接近天然骨骼生理的材料，從而可能使它們更舒適和有效，” Kumar說。
該團(tuán)隊的論文“3D 打印 CF/PEEK 蜂窩復(fù)合材料的能量吸收和自傳感性能”發(fā)表在《材料與設(shè)計》上。該研究得到了格拉斯哥大學(xué)和哈利法大學(xué)的資助。
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