美科学者の研究開発シミュレーション血管構造複合材料

米毎日科学網によると、米国の科学者は生物の循環システムからインスピレーションを得て、血管の構造に似た複合材料を開発し、自己治癒、自己冷却の軽量で硬い材料や木のように物質とエネルギーを運ぶ動力材料、メタマテリアルなどに利用できるという。

複合材料は複数の材料の性能を持つ2つ以上の材料の結合体である。複合材料軽くて硬いだけでなく、構造材料を作るのにとても適しています。伝統的な複合材料は繊維によって強度を増し、樹脂内に埋め込まれた繊維網で作られています。例えば、グラファイト、ガラス繊維、合成繊維ケフラなどは埋め込み材料として使えます。

イリノイ大学の科学者が新しい方法を利用して作ったこの複合材料は、内部に液体やガスの流れに便利な細いパイプが含まれています。これらの細いパイプはこの複合材料の中に毛細管ネットワークを形成して、ツリー内の脈管ネットワークのようです。研究に参加したイリノイ大学の化学・材料科学・工学科教授のジェフリー・ムーア氏は「木は不思議な構造材料で、ポンプのように液体を吸い込み、根から葉に物質とエネルギーを運ぶ。私たちも同じ機能の材料を開発したいです。今はもう第一歩を踏み出しました。これらの小さなパイプを作るために、科学者たちはいくつかの特殊な繊維を処理して、高温で分解して、温度がさらに高くなると、これらの分解された繊維は蒸発して、細いパイプだけを残します。

最新の材料はこの材料の中に液体が異なっていることを特徴としています。内部循環多機能性を備えています。科学者たちはさまざまな液体を複合材料の中で循環させて、その四つの機能を実証しました。温度調節、化学反応、導電と電磁特性を変えます。彼らは冷却剤や熱流体をその中で循環させて温度を調節します。化学物質を異なる血管分岐に注入して、それを混合させて冷たい光の反応を作り出しました。導電性の液体を使うことによって、この材料に電気伝導性を持たせました。強磁性スズ（極めて強い透過性を持つナノ流体の一種で，磁場下では強い磁化状態を示す）を使用することにより，その電磁特性を変化させた。

続いて、科学者たちは互いにつながっているものを開発したいと願っています。パイプラインネットワーク自己治癒、自己冷却が可能なポリマーや燃料電池などを開発する。

同研究の協力者で、材料科学と工学と航空宇宙工学教授のナンシー・ソトス氏は、「これは微小流路設備だけでなく、チップの上の遊びだけでなく、この構造材料は生物システムの多くの機能を模擬することができる。これは大きな進歩だ」と話している。