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首页 > 新闻 > 医疗

蜂窝 PEEK添加微型碳纤维，新材料可用于智能假肢和医疗植入物

来源：雅式橡塑网 日期 ：2021-07-02 作者 ：黄皓宜

工程师已经开发出基于塑料的蜂窝结构，可用于新型智能假肢和医疗植入物。其发明者表示，一种新型轻质、抗冲击的塑料“蜂窝”结构可以感知何时受到损坏，可以用于新型“智能”假肢和医疗植入物。

 

在《材料与设计》杂志上发表的一篇新论文中，格拉斯哥大学领导的工程师团队描述了他们如何使用 3D 打印技术为称为聚醚醚酮或 PEEK 的塑料添加新特性。

 

7.3.png


该团队在其蜂窝 PEEK 结构中添加了微型碳纤维，使这种通常不导电的材料能够在其整个结构中携带电荷。

 

碳纤维 PEEK 材料优于传统的PEEK 材料

 

他们想研究损坏其导电蜂窝 PEEK 复合材料是否会影响其电阻。如果是这样，它可以使新材料具有“自我感知”的能力——例如，允许髋关节植入物报告其导电性何时发生变化，表明它已经磨损并需要更换。

 

自我感知能力

 

为了测试该设计的自我感知能力，他们使用碳纤维 PEEK 材料和传统的PEEK 材料，3D 打印创建了三种不同的蜂窝结构——六边形结构、十字形非对称结构和六面凹角设计结构。

 

能量吸收能力

 

然后，他们让这个模拟细胞结构承受两种类型的载荷，以比较它们各自吸收能量的能力。在挤压测试中，在这两个结构坍塌之前施加一致的压力。结果发现，碳纤维 PEEK 材料的所有结构设计都优于其传统的 PEEK 对应物，前者能够承受更高的压力。

 

抗高空冲击能力

 

然而，在冲击测试中，当重物从高处落到结构上时，三种碳纤维 PEEK 结构表现出更强的抗损坏能力。碳纤维 PEEK 的六边形蜂窝结构具有最佳的性能，比其他任何一种形状都能承受更大的冲击。

 

应对的电荷抵抗力

 

在压碎测试中，研究人员还测量了碳纤维 PEEK 蜂窝结构在三种不同结构受到应变时对电荷的抵抗力。外加应变电阻的变化——一种被称为压阻灵敏度的损伤进展量度——随着压缩应变的增加而降低，当结构被完全压碎时，电阻几乎完全丧失。观察到的不同配置的不同规格因子与其吸收能量的能力相关的损伤增长率相关，这表明碳纤维 PEEK 的压阻性可能有助于创建新一代智能轻质多功能结构。

 

格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的 Shanmugam Kumar 是该论文的通讯作者。阿拉伯联合酋长国哈利法大学和英国剑桥大学的同事也为这项研究做出了贡献。

 

“3D 打印使我们能够极大地控制蜂窝结构的设计和密度。与传统上用于医疗植入物（如髋关节或膝关节置换术）的固体金属合金相比，这可能使我们能够制造出更接近天然骨骼生理的材料，从而可能使它们更舒适和有效，” Kumar说。

 

该团队的论文“3D 打印 CF/PEEK 蜂窝复合材料的能量吸收和自传感性能”发表在《材料与设计》上。该研究得到了格拉斯哥大学和哈利法大学的资助。


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来源：雅式橡塑网 日期 ：2021-07-02 作者 ：黄皓宜

工程师已经开发出基于塑料的蜂窝结构，可用于新型智能假肢和医疗植入物。其发明者表示，一种新型轻质、抗冲击的塑料“蜂窝”结构可以感知何时受到损坏，可以用于新型“智能”假肢和医疗植入物。

 

在《材料与设计》杂志上发表的一篇新论文中，格拉斯哥大学领导的工程师团队描述了他们如何使用 3D 打印技术为称为聚醚醚酮或 PEEK 的塑料添加新特性。

 

7.3.png


该团队在其蜂窝 PEEK 结构中添加了微型碳纤维，使这种通常不导电的材料能够在其整个结构中携带电荷。

 

碳纤维 PEEK 材料优于传统的PEEK 材料

 

他们想研究损坏其导电蜂窝 PEEK 复合材料是否会影响其电阻。如果是这样，它可以使新材料具有“自我感知”的能力——例如，允许髋关节植入物报告其导电性何时发生变化，表明它已经磨损并需要更换。

 

自我感知能力

 

为了测试该设计的自我感知能力，他们使用碳纤维 PEEK 材料和传统的PEEK 材料，3D 打印创建了三种不同的蜂窝结构——六边形结构、十字形非对称结构和六面凹角设计结构。

 

能量吸收能力

 

然后，他们让这个模拟细胞结构承受两种类型的载荷，以比较它们各自吸收能量的能力。在挤压测试中，在这两个结构坍塌之前施加一致的压力。结果发现，碳纤维 PEEK 材料的所有结构设计都优于其传统的 PEEK 对应物，前者能够承受更高的压力。

 

抗高空冲击能力

 

然而，在冲击测试中，当重物从高处落到结构上时，三种碳纤维 PEEK 结构表现出更强的抗损坏能力。碳纤维 PEEK 的六边形蜂窝结构具有最佳的性能，比其他任何一种形状都能承受更大的冲击。

 

应对的电荷抵抗力

 

在压碎测试中，研究人员还测量了碳纤维 PEEK 蜂窝结构在三种不同结构受到应变时对电荷的抵抗力。外加应变电阻的变化——一种被称为压阻灵敏度的损伤进展量度——随着压缩应变的增加而降低，当结构被完全压碎时，电阻几乎完全丧失。观察到的不同配置的不同规格因子与其吸收能量的能力相关的损伤增长率相关，这表明碳纤维 PEEK 的压阻性可能有助于创建新一代智能轻质多功能结构。

 

格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的 Shanmugam Kumar 是该论文的通讯作者。阿拉伯联合酋长国哈利法大学和英国剑桥大学的同事也为这项研究做出了贡献。

 

“3D 打印使我们能够极大地控制蜂窝结构的设计和密度。与传统上用于医疗植入物（如髋关节或膝关节置换术）的固体金属合金相比，这可能使我们能够制造出更接近天然骨骼生理的材料，从而可能使它们更舒适和有效，” Kumar说。

 

该团队的论文“3D 打印 CF/PEEK 蜂窝复合材料的能量吸收和自传感性能”发表在《材料与设计》上。该研究得到了格拉斯哥大学和哈利法大学的资助。


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