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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構，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、抗沖擊的塑料“蜂窩”結構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《材料與設計》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，格拉斯哥大學領導的工程師團隊描述了他們如何使用 3D 打印技術為稱為聚醚醚酮或 PEEK 的塑料添加新特性。
該團隊在其蜂窩 PEEK 結構中添加了微型碳纖維，使這種通常不導電的材料能夠在其整個結構中攜帶電荷。
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電蜂窩 PEEK 復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，允許髖關節(jié)植入物報告其導電性何時發(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構——六邊形結構、十字形非對稱結構和六面凹角設計結構。
能量吸收能力
然后，他們讓這個模擬細胞結構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，在這兩個結構坍塌之前施加一致的壓力。結果發(fā)現(xiàn)，碳纖維 PEEK 材料的所有結構設計都優(yōu)于其傳統(tǒng)的 PEEK 對應物，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，當重物從高處落到結構上時，三種碳纖維 PEEK 結構表現(xiàn)出更強的抗損壞能力。碳纖維 PEEK 的六邊形蜂窩結構具有最佳的性能，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 蜂窩結構在三種不同結構受到應變時對電荷的抵抗力。外加應變電阻的變化——一種被稱為壓阻靈敏度的損傷進展量度——隨著壓縮應變的增加而降低，當結構被完全壓碎時，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的損傷增長率相關，這表明碳纖維 PEEK 的壓阻性可能有助于創(chuàng)建新一代智能輕質多功能結構。
格拉斯哥大學詹姆斯瓦特工程學院的 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和英國劍橋大學的同事也為這項研究做出了貢獻。
“3D 打印使我們能夠極大地控制蜂窩結構的設計和密度。與傳統(tǒng)上用于*療植入物(如髖關節(jié)或膝關節(jié)置換術)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。
該團隊的論文“3D 打印 CF/PEEK 蜂窩復合材料的能量吸收和自傳感性能”發(fā)表在《材料與設計》上。該研究得到了格拉斯哥大學和哈利法大學的資助。
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