I ricercatori hanno creato e dimostrato un nuovo metamateriale vascolare che può essere riconfigurato per modificarne le proprietà termiche ed elettromagnetiche.

"Abbiamo tratto ispirazione dalla rete di minuscoli vasi trovati negli organismi viventi e abbiamo incorporato tale microvascolarizzazione in una struttura epossidica rinforzata con fibre di vetro, essenzialmente fibra di vetro vascolarizzata, "dice Jason Patrick, autore corrispondente del documento di ricerca.

"E possiamo controllare più caratteristiche del materiale composito pompando diversi fluidi attraverso quel sistema vascolare. Questa riconfigurabilità è interessante per applicazioni che vanno dagli aerei agli edifici ai microprocessori". Patrick è un assistente professore di diritto civile, ingegneria edile e ambientale presso la North Carolina State University.

Il metamateriale è realizzato utilizzando tecnologie di stampa 3D. Ciò consente agli ingegneri di creare reti di minuscoli tubi, noto come microcircolo, in un'ampia varietà di forme e dimensioni. La microvascolarizzazione può essere incorporata in una gamma di compositi strutturali, dalla fibra di vetro alla fibra di carbonio ad altri materiali ad alta resistenza per armature.

Negli esperimenti, i ricercatori hanno infuso il sistema vascolare con una lega metallica liquida a temperatura ambiente di gallio e indio. Ciò consente ai ricercatori di controllare le proprietà elettromagnetiche del metamateriale manipolando l'architettura del microrecipiente. Nello specifico, controllo dell'orientamento, il metallo liquido distanziatore e conduttivo contenuto all'interno del sistema vascolare dà il controllo su come il materiale filtra specifiche onde elettromagnetiche nello spettro delle radiofrequenze. Questa riconfigurazione contiene il potenziale per comunicazioni sintonizzabili e sistemi di rilevamento (ad esempio RADAR, Wi-Fi) in grado di operare su richiesta in diverse parti dello spettro.

"La capacità di riconfigurare dinamicamente il comportamento elettromagnetico è davvero preziosa, in particolare nelle applicazioni in cui le dimensioni, il peso, e i vincoli di potenza incentivano fortemente l'uso di dispositivi in ​​grado di svolgere molteplici funzioni di comunicazione e rilevamento all'interno di un sistema, " dice il co-autore Kurt Schab, un assistente professore di ingegneria elettrica presso la Santa Clara University.

I ricercatori hanno anche fatto circolare l'acqua attraverso lo stesso sistema vascolare e hanno dimostrato di poter manipolare le caratteristiche termiche del materiale.

"Questo potrebbe aiutarci a sviluppare sistemi di raffreddamento attivo più efficienti in dispositivi come veicoli elettrici, velivoli ipersonici e microprocessori, " dice Patrick. "Per esempio, le batterie dei veicoli elettrici attualmente si basano su alette in alluminio con semplici microcanali per il raffreddamento. Riteniamo che il nostro metamateriale sarebbe altrettanto efficace nel dissipare il calore e potrebbe anche mantenere la protezione strutturale della fonte di alimentazione, ma sarebbe sostanzialmente più leggero. Inoltre, La stampa 3D ci permette di creare più complessi, architetture vascolari ottimizzate."

I ricercatori notano anche che il nuovo metamateriale dovrebbe essere conveniente in quanto si basa su processi di fabbricazione di compositi prontamente disponibili.

"I compositi fibrorinforzati sono già ampiamente utilizzati, " Dice Patrick. "Quello che stiamo facendo è fare progressi materiali e sfruttare la stampa 3D per creare una nuova classe di metamateriali multifunzionali e riconfigurabili che ha un reale potenziale per scalabilità, implementazione strutturale e non dovrebbe essere eccessivamente costoso."

Qual è il prossimo?

"Abbiamo chiaramente in mente alcune applicazioni per questo metamateriale, ma ci sono sicuramente applicazioni a cui non abbiamo pensato, " Dice Patrick. "Siamo aperti a lavorare con persone che hanno nuove idee su come potremmo essere in grado di utilizzare ulteriormente questo nuovo materiale".

La carta, "Un metamateriale multifunzionale e riconfigurabile basato su microvascolari, " è pubblicato sulla rivista Tecnologie avanzate dei materiali .