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受自然界的启发,研究开发出一种新型的承重材料,工程师们已经开发出一种模仿人类软骨的新材料-人体的减震和润滑系统,中国化工网,okmart.com
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受自然界的启发,研究开发出一种新型的承重材料,工程师们已经开发出一种模仿人类软骨的新材料-人体的减震和润滑系统
2021年05月12日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

工程师们已经开发出一种模拟人类软骨的新材料-人体的减震和润滑系统,并且可以预示着新一代轻质轴承的发展。


软骨是在关节周围发现的柔软的纤维组织,可保护其免受行走,奔跑或抬起时产生的压缩载荷的影响。它还提供了一层保护性润滑层,使骨骼以无摩擦的方式越过彼此中国化工网okmart.com。多年以来,科学家一直在尝试制造一种具有软骨特性的合成材料。


迄今为止,他们的结果好坏参半。


但是,在《应用聚合物材料》杂志上发表的一篇论文中,利兹大学和伦敦帝国理工学院的研究人员宣布,他们已经创造出一种具有软骨功能的材料。


该研究小组认为,类似软骨的材料在工程中具有广泛的用途。


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软骨是两相多孔材料,这意味着它以固相和液相存在。它通过吸收在关节中产生的称为滑液的粘性物质而转变为液相。这种流体不仅润滑关节,而且当保持在软骨的多孔基质中时,还提供了抵抗压力的水弹性垫层。


由于软骨是多孔的,滑液最终会排走,并且如此,它有助于消散穿过人体的能量,从而保护关节免受磨损和撞击伤害。此时,软骨返回到其出售阶段,为重复该周期做好准备。


利兹大学机械工程学院的研究员Siavash Soltanahmadi博士领导了这项研究。他说:“多年来,科学家和工程师们一直在尝试开发一种具有惊人软骨特性的材料。模仿软骨中某些最重要特性的工程应用,之所以只有这种可能性,是因为我们找到了一种模仿自然的方式。


“在工程领域中,柔软的合成材料在轴承中有许多应用,例如轴承,它可以承受最大的载荷且磨损最小。在整个工程领域中,类似软骨的材料都有潜力。”


早期开发合成软骨系统的尝试集中在使用水凝胶(吸收水的材料)上。水凝胶擅长减少摩擦,但在压缩力下性能较差。


问题之一是水凝胶被压缩后要花一些时间才能恢复其正常形状。


研究人员通过创建一种由水凝胶制成的合成多孔材料克服了这个问题,该材料固定在聚二甲基硅氧烷或PDMS(一种有机硅基聚合物)的基质中。基质保持水凝胶的形状。


在该论文中,科学家报告说,PDMS基质中保存的水凝胶的承载行为是水凝胶本身的14至19倍。复合材料的平衡弹性模量在10%-30%的应变范围内为452 kPa,接近于所报道的软骨模量的值。


水凝胶还提供了润滑层。


科学家认为,基于软骨功能的新材料的未来应用将挑战许多传统的油润滑工程系统。


机械工程学院副教授迈克尔·布莱恩特(Michael Bryant)博士对研究进行了监督。“使用水作为有效润滑剂的能力从能源生产到医疗设备都有许多应用。但是,与通常使用油基润滑剂和硬表面涂层的传统工程系统相比,这通常需要不同的方法。


“该项目帮助我们更好地理解了这些要求,并开发了满足这一需求的新工具。”


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