醫(yī)用膜材料的案例
天津工業(yè)大學(xué)林佳弘特聘教授/李婷婷副教授課題組《CEJ》：日光驅(qū)動串珠型可重復(fù)抗菌醫(yī)用熔噴電紡微納米纖維過濾復(fù)合膜的構(gòu)筑
圖4 日光照射1小時后放置在黑暗條件下，PPCL@PDA/TAEG/PCL/ZIF8抗菌復(fù)合膜釋放的?OH (a)和H2O2 (b)的濃度； (c) ?OH的濃度與時間的關(guān)系(白色表示照射，灰色表示黑暗)；(d) H2O2的濃度與時間的關(guān)系(白色表示照射，灰色表示黑暗)
微納米復(fù)合膜經(jīng)過20 min間隔的明暗疲勞循環(huán)輻照測試，復(fù)合膜的活性并未降低，光輻照后ROS的濃度穩(wěn)定增加。復(fù)合膜最大?OH和H2O2的釋放量分別為13009.41μg/g和405.72 μg/g，分別對應(yīng)于216.82和6.76 μg·g-1·min-1的充電速率。除此之外，微納米復(fù)合膜經(jīng)過七個循環(huán)之后，未觀察到充電容量的顯著降低，復(fù)合膜仍舊保留89.9%和65.1%的?OH和H2O2充電容量，說明復(fù)合膜具有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，表明其可以用作多次重復(fù)利用的醫(yī)用抗菌防護材料(見圖4)。
圖5 微納米復(fù)合膜的抗菌性能測試
無論是在光照或黑暗條件下，復(fù)合膜在相同接觸時間內(nèi)對金黃色葡萄球菌的殺菌率比大腸桿菌高。而且在光照條件下，細菌與復(fù)合膜接觸30 min，復(fù)合膜對金黃色葡萄球菌的殺菌率達到99%以上。說明復(fù)合膜對金黃色葡萄球菌的殺菌速率較快，對革蘭氏陽性細菌比較敏感。但隨著接觸時間的增加，復(fù)合膜對大腸桿菌的殺菌率也會達到95%以上(見圖5)。
綜上所述，研究的復(fù)合膜既具有穿著舒適性又具有高效過濾及可充電可儲存的抗菌性能，將為開發(fā)清潔能源和醫(yī)用防護服材料提供了一種新的設(shè)計思路，在可重復(fù)使用抗菌口罩、醫(yī)用防護服和抗菌空氣凈化材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
展開 [醫(yī)用高分子材料]
醫(yī)用高分子材料
包括天然生物高分子材料和合成生物高分子材料。天然醫(yī)用高分子材料來源于自然，包括纖維素、甲殼素、透明質(zhì)酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等；合成醫(yī)用高分子材料是通過化學(xué)方法，人工合成的用于醫(yī)用的高分子材料，目前常用的有聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。
材料性質(zhì)
按照材料的性質(zhì)，醫(yī)用高分子材料可分為非降解和可生物降解兩大類。其中非生物降解的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、硅橡膠、聚氨酯、聚醚醚酮等，其在生理環(huán)境中能夠長期保持穩(wěn)定，不發(fā)生降解、交聯(lián)和物理磨損等，并具有良好的力學(xué)性能。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復(fù)和制造人工器官、人造血管、接觸鏡和黏結(jié)劑等。
展開 生物醫(yī)用金屬材料現(xiàn)狀與進展
醫(yī)用金屬材料主要應(yīng)用于骨科、齒科及矯形外科的內(nèi)植入物及人工假體等植入醫(yī)療器械的制造，以心血管支架為典型代表的各類管腔支架，以及各式各樣的外科手術(shù)器械和工具，為延長患者壽命、改善患肢功能、提高患者的整體生活質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。
抗菌醫(yī)用金屬材料的應(yīng)用進展
由植入器械引發(fā)的細菌感染是臨床上亟待解決的重要問題。抗菌醫(yī)用金屬材料具有強烈的廣譜殺菌功能，可以抑制細菌生物膜的形成，具有廣闊的應(yīng)用前景。不銹鋼、鈦合金、鈷基合金等醫(yī)用金屬材料應(yīng)用于制造各類植入醫(yī)療器械，通過在這些醫(yī)用金屬材料中加入適量具有強烈抗菌功能的銅元素，使其在生理環(huán)境中持續(xù)和微量釋放銅離子，從而起到顯著的抗菌作用，是降低臨床上發(fā)生細菌感染的一個新思路和有效途徑。
表面改性是進一步提高現(xiàn)有醫(yī)用金屬材料表面性能的重要途徑，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類金屬植入器件。因此，在醫(yī)用金屬材料表面改性層中添加適量具有強烈抗菌作用的銅、銀等金屬元素或抗菌肽等其他類型抗菌物質(zhì)是應(yīng)對金屬植入器件相關(guān)感染的直接措施，受到了人們的廣泛關(guān)注，并為之開展了大量的相關(guān)研究。抗菌金屬骨針、抗菌不銹鋼外科手術(shù)器械、抗菌鈦合金牙種植體、抗菌鈷基合金牙冠等產(chǎn)品均進入臨床實驗階段。
展開 【材料應(yīng)用】抗菌PA56 | 讓醫(yī)用也可降解！
隨著新冠病毒在歐洲的不斷擴散和變異，越來越多的防疫物資被送往抗疫一線，研發(fā)新型醫(yī)用材料也成為現(xiàn)在熱門研究方向。在眾多高性能材料中抗菌、可降解讓PA56脫穎而出。
生物基聚酰胺56(PA56)是由生物基戊二胺與石油基己二酸合成的一種高聚物，其中生物基含量達到40%以上。生物基 PA56 作為一種環(huán)境友好且性能優(yōu)異的高分子材料被廣泛運用，且前景廣闊。
聚六亞甲基胍鹽酸鹽(PHMG)是環(huán)保型高分子抗菌劑，屬于有機抗菌劑，具有廣譜高效的抗菌性 能以及易溶于水、無色無味、低毒性和價格低廉等特點，較好的熱穩(wěn)定性能，讓其能夠直接用于熔融共混的生產(chǎn)工藝中。
將不同比例的PHMG與PA56共混，形成PA56/PHMG共混體系，并通過熔融紡絲的方法可以制備得到抗菌PA56纖維。
01
PA56和PHMG相容性
PHMG在PA56中呈現(xiàn)顆粒狀態(tài)，大約在0.2~1μm之間，分布均勻，即使PHMG質(zhì)量分數(shù)達到3%的比例時，依舊沒有出現(xiàn)大量團聚的情況；同時可以看出：共混物斷面未出現(xiàn)明顯孔洞，沒有相分離現(xiàn)象，說明兩者有很好的相容性。其主要原因是PA56與PHMG均含有端氨基，它們具有一定的化學(xué)相容性，為后續(xù)滿足纖維加工提供了必要條件。
PA56及PA56/PHMG共混體系在2K和10K倍數(shù)下的SEM圖像
02
PA56/PHMG共混體系黏度分析
隨著PHMG添加量的增加，PA56/PHMG共混體系的黏度逐漸降低，但總體降低不大。
展開 
生物醫(yī)用材料市場、趨勢及其在3D打印中的應(yīng)用
生物醫(yī)用材料的發(fā)展綜合體現(xiàn)了材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域科學(xué)與工程技術(shù)的水平。同時，生物再生材料產(chǎn)業(yè)作為材料科學(xué)、生物技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)的前沿和重點發(fā)展領(lǐng)域，以及整個生物醫(yī)學(xué)工程的基礎(chǔ)，已發(fā)展為整個經(jīng)濟體系中最具活力的產(chǎn)業(yè)之一。
生物醫(yī)用材料也被應(yīng)用于3D打印植入物制造、組織工程支架制造等領(lǐng)域，如用于骨科植入物制造的鈦合金粉末，用于骨再生支架增材制造的生物陶瓷，以及用于人工組織制造的水凝膠等材料都屬于生物醫(yī)用材料。
定義與分類
生物醫(yī)用材料是一類用于診斷、治療、修復(fù)、替換人體組織、器官或增進其功能的新型高科技材料。根據(jù)中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會的定義與分類，生物醫(yī)用材料可根據(jù)材料的性質(zhì)、來源、用途等不同維度進行分類。
資料來源：火石創(chuàng)造；正海生物招股說明書
近年來，可降解高分子材料、納米材料、組織工程材料等新材料逐漸應(yīng)用在醫(yī)用領(lǐng)域，為眾多疾病的治療提供了新的方向。
邁普再生醫(yī)學(xué)生產(chǎn)的3D打印硬腦（脊）膜-睿膜?
生物醫(yī)用材料及植入器械的研究和產(chǎn)業(yè)化也是醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的熱點，其發(fā)展和應(yīng)用促生出了再生醫(yī)學(xué)這一新學(xué)科，其產(chǎn)品主要由干細胞、以生物材料為支架的組織工程化組織和器官、以及可供移植的生物組織和器官構(gòu)成，包括口腔修復(fù)膜、骨修復(fù)材料、硬腦（脊）膜補片、人工角膜等。
市場規(guī)模與趨勢
作為一種低原材料消耗、低能耗、高技術(shù)附加值的新興產(chǎn)業(yè)，近二十年來全球生物醫(yī)用材料市場持續(xù)增長。根據(jù)麥姆斯咨詢，2016年全球生物醫(yī)用材料市場規(guī)模約為709億美元，預(yù)計2021年將達到1491.7億美元，2016~2021年復(fù)合年增長率為16%，遠高于全球醫(yī)療器械市場規(guī)模8%的增長率。
展開 索爾維在3D打印材料組合中添加了醫(yī)用級長絲
最近在2018年德國法蘭克福精密成型及打印制造展會（formnext 2018）活動中宣布，在其高性能材料產(chǎn)品組合中增加了三種醫(yī)用級長絲，用于優(yōu)質(zhì)增材制造（AM）應(yīng)用。
新性材料包括：純KetaSpire聚醚醚酮（PEEK）AM長絲，10％碳纖維增強KetaSpire PEEK AM長絲和純Radel聚苯砜（PPSU）AM長絲。新型材料是該公司首款用于“限制型接觸應(yīng)用”的醫(yī)用級AM長絲（這意味著它們適用于與體液和身體組織接觸不到24小時的情況）。所有三個等級材料均可通過索爾維的電子商務(wù)平臺在歐洲和北美上市銷售。
索爾維特種聚合物全球業(yè)務(wù)部門的增材制造業(yè)務(wù)經(jīng)理Christophe Schramm在一份事先準(zhǔn)備好的聲明中表示：“醫(yī)療保健行業(yè)正迅速成為受益于AM技術(shù)的領(lǐng)先市場，AM技術(shù)可以為單次使用和小批量需求定制零部件。然而，仍然只有非常有限的高性能長絲可供選擇，以滿足醫(yī)療保健領(lǐng)域嚴格的監(jiān)管要求，我們希望通過我們新推出的醫(yī)療級產(chǎn)品，增加材料選擇，來彌補這一差距。”
索爾維表示，其KetaSpire PEEK AM長絲材料旨在增強印刷層、部件密度和部件強度(包括沿z軸方向)的融合。Radel PPSU AM長絲除了提供透明度、伸長率和韌性外，還為增強印刷層之間的融合提供支持。
展開 離型膜 | 韓國東麗尖端材料開發(fā)出全球首款MLCC用水性離型膜
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，東麗（TORAY）韓國法人東麗尖端材料于3月7日宣布，開發(fā)出全球首款以水為溶劑的環(huán)保型多層陶瓷電容器（MLCC）用水性離型膜。
東麗尖端材料開發(fā)出全球首款用于多層陶瓷電容器的水性離型膜（圖片來源：wowkorea）
在MLCC用水性離型膜中，使用水代替有機溶劑作為離型劑涂層工藝中使用的液體制劑。這種方法可以從根本上消除有機溶劑干燥過程中產(chǎn)生的有害氣體和高溫氧化處理過程，減少碳排放和能源消耗。
東麗尖端材料歷時兩年研發(fā)的MLCC用水性離型膜，在高溫下不會產(chǎn)生收縮變形、具有聚合物分散和抗靜電功能，除了環(huán)保外還在質(zhì)量上受到了優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品的好評。
東麗尖端材料為韓國薄膜領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，擁有從基膜到高端加工一體化的生產(chǎn)系統(tǒng)的工廠，此外還通過為每個產(chǎn)品構(gòu)建生產(chǎn)線的專業(yè)化定制，保持了卓越的品質(zhì)和穩(wěn)定性，并不斷將 IT相關(guān)材料推向市場。
東麗尖端材料擁有從MLCC到偏光板、有機發(fā)光二極管（OLED）等多種用途的離型膜產(chǎn)品系列。隨著對環(huán)保產(chǎn)品需求的增長，預(yù)計 MLCC 用水性離型膜的需求將不斷增加。
展開 《先進材料》根特大學(xué)：陽離子水凝膠誘導(dǎo)的細胞膜破壞使膜不透物的直接胞質(zhì)遞送成為可能
最后，
HyPore 采用相對簡單但靈活的材料，可以在保持較低生產(chǎn)成本的同時進行升級。盡管 HyPore 可能不是直接在體內(nèi)使用的首選，但建議將此方法作為一種高度通用且具有成本效益的技術(shù)，用于高通量細胞溶質(zhì)貨物遞送，用于細胞的離體操作。
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adma.202008054
版權(quán)聲明
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高分子材料科學(xué)
」旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。商業(yè)轉(zhuǎn)載，投稿，薦稿或合作請后臺聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
哈佛大學(xué)鎖志剛教授與西安交大盧同慶教授《PNAS》: 水凝膠復(fù)合補片 - 用于組織創(chuàng)口閉合的新型醫(yī)用材料
外科補片是一種廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)的醫(yī)用編織物，為組織器官提供永久性或臨時性力學(xué)支撐。在使用時，外科補片需要被固定在缺損或病變的組織區(qū)域上以進行修復(fù)或重建。傳統(tǒng)固定方法采用縫線、縫合釘或螺旋釘?shù)却┩附M織的方式來實現(xiàn)，過程耗時且容易引起神經(jīng)損傷及慢性術(shù)后疼痛等并發(fā)癥。利用粘接這一非穿透手段來實現(xiàn)固定被認為是一種理想的替代方法。然而，目前用于補片粘接的商用組織膠水（如纖維蛋白膠等）與組織間的粘接較弱，只能被粘貼于承受較小應(yīng)力的組織區(qū)域，大大限制了其應(yīng)用范圍。因此，迫切需要賦予醫(yī)用外科補片以一新的屬性：對生物組織的強力強粘接特性。
針對這一問題，西安交通大學(xué)機械結(jié)構(gòu)強度與振動國家重點實驗室、航天航空學(xué)院軟機器實驗室研究人員盧同慶教授及高揚副教授與哈佛大學(xué)鎖志剛院士提出了一種水凝膠復(fù)合補片（Hydrogel-mesh composite, HMC）。通過將組織黏附水凝膠與醫(yī)用補片復(fù)合，得到的水凝膠復(fù)合補片在與組織形成強粘接的同時，還綜合了水凝膠及外科補片的優(yōu)點，如生物相容性、對水及小分子的可滲透性，高的面內(nèi)剛度及低的彎曲剛度等。這種水凝膠復(fù)合補片在組織的無縫線創(chuàng)口閉合中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
展開 《先進材料》綜述：Janus膜在能源領(lǐng)域的研究進展
近幾年來隨著膜制備和膜改性技術(shù)的進步，Janus膜已經(jīng)成為了膜材料與膜過程領(lǐng)域的一個新興方向。其利用在膜兩側(cè)的相反性質(zhì)實現(xiàn)了一系列新功能。日前英國劍橋大學(xué)、美國阿貢國家實驗室以及澳大利亞新南威爾士大學(xué)科研人員共同撰寫了Janus膜的最新綜述《Janus Membranes: Creating Asymmetry for Energy Ef?ciency》，并發(fā)表在了《Advanced Materials》上。文章系統(tǒng)總結(jié)了Janus膜在能源相關(guān)領(lǐng)域的研究進展，并且對Janus膜的制備方法、應(yīng)用前景進行了探討。綜述文章的第一作者為Hao-Cheng Yang博士，通訊作者為Jingwei Hou博士及Darling Seth博士。
作者認為廣義的Janus膜是膜兩側(cè)具有不同性質(zhì)的分離膜，而狹義的Janus膜則必須要求膜兩側(cè)有著相反的性質(zhì)。基于狹義Janus膜的定義，作者分別就親水/疏水以及帶正電/負電兩大類Janus膜進行了闡述。文章首先介紹了親水/疏水膜在涉及兩相界面的過程中的應(yīng)用（如油水分離、鼓泡、乳化、破乳等），表明了利用Janus膜可以有效降低涉及兩相界面的膜過程的能耗。
圖1 親水/疏水Janus膜在收集霧滴、鼓泡、乳化以及油水分離中的應(yīng)用
隨后作者進一步就正電/負電類型的Janus膜進行了討論，并且展示了其在濃差極化產(chǎn)電以及高效率納濾過程中的應(yīng)用。以濃差極化產(chǎn)電為例，Janus體系的意義在于可以有效實現(xiàn)某一種帶電離子的選擇性透過，而用傳統(tǒng)膜則無法有效實現(xiàn)該功能。
圖2 正電/負電Janus膜在濃差極化發(fā)電過程中的離子選擇透過原理
文章中作者還進一步詳盡介紹了Janus膜的制備方法以及在儲能材料、納濾、界面催化和控溫等方面的應(yīng)用。
圖3 導(dǎo)電/絕緣Janus膜在儲能材料中的應(yīng)用
來源：高分子科學(xué)前沿
展開 高性能復(fù)合材料樹脂傳遞膜技術(shù)( RTM)研究
樹脂傳遞模塑法(RTM)是一種低成本、效益好的復(fù)合材料成型工藝。研究了RTM用樹脂體系、預(yù)成型技術(shù)、成型模具、成型工藝以及RTM在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。
目前，高性能復(fù)合材料的低成本制造技術(shù)成為復(fù)合材料研究領(lǐng)域中令人矚目的新發(fā)展動向，它打破了長久以來高性能復(fù)合材料必然具有高制造成本的慣例，為高性能復(fù)合材料開辟了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，RTM工藝正是在這思想指導(dǎo)下出現(xiàn)的復(fù)合材料制造工藝。它采用低粘度樹脂注入閉合模具中，樹脂流動，浸潤已合理鋪放好或預(yù)成型的增強材料，并固化成型。與其它傳統(tǒng)復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)相比，RTM有許多優(yōu)點：能夠制造高質(zhì)量、高精度、低孔隙率、高纖維含量的復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件，無需膠衣樹脂也可獲得光滑的雙表面，產(chǎn)品從設(shè)計到投產(chǎn)時間短，生產(chǎn)效率高。RTM模具和產(chǎn)品可采用CAD進行設(shè)計，模具制造容易，材料選擇廣。RTM成型的構(gòu)件與管件易于實現(xiàn)局部增強以及局部加厚，帶芯材的復(fù)合材料能一次成型。RTM成型過程中揮發(fā)份少，有利于勞動保護和環(huán)境保護。
RTM對基體樹脂工藝性的要求為：室溫或工作溫度下具有低的粘度（一般應(yīng)小于l.OPa．s）及一定的貯存期(如t≥48h)；樹脂對增強材料具有良好的浸潤性、匹配性、粘附性；樹脂在固化溫度下具有良好的反應(yīng)性，且后處理溫度不應(yīng)過高（如T≤200°C凝膠化、固化到脫模的時間較短；固化時發(fā)熱量少。
適用于RTM工藝的基體樹脂主要包括環(huán)氧樹，脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂和氰酸酯樹脂等。
高透明水晶樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=szjgb
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樹脂膜滲漬法----新興的復(fù)合材料成型工藝
直到不久前,樹脂膜滲法（resin film infusion—縮寫為RFI）還未獲得廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)在已有跡象表明，這種方法已加入到復(fù)合材料成型技術(shù)的主流之中，它已在汽車、船舶、航空航天等領(lǐng)域獲得商業(yè)應(yīng)用。
成型原理
RFI成型工藝明智而簡單。它基于如下設(shè)計理念：
如果把樹脂施加到干纖維鋪層或預(yù)制體的一側(cè)，然后使其滲透整個材料厚度到達另一側(cè)，那么，為了獲得快速而完全的浸透，樹脂通過纖維的路程就必須很短。工藝工程師們通過研究發(fā)現(xiàn)，如果采用樹脂薄膜為原料，加熱使其熔化，并使用真空或壓力助其滲透纖維，就可達到上述目的。于是就產(chǎn)生了 RFl工藝。
工藝過科簡介
把經(jīng)過預(yù)先催化的樹脂膜片放入模具內(nèi)，在其上面覆以干的增強材料。用密封定位的真空袋封閉模腔。然后用一烘箱加熱，熔化樹脂。樹脂在真空作用下滲透纖維層后固化。對疊得較厚的布層，可在于布層間插入附有分離統(tǒng)的半硬樹脂膜。這種方法還較靈活，不僅限于使用真空袋，還可使用壓力袋甚至對模。在要求較高纖維含量和固化度的場合，亦可使用熱壓罐代替供箱。
優(yōu)點
RFI工藝與現(xiàn)有的成型技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點。在樹脂傳遞模塑（RTM）或真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）工藝中，液態(tài)樹脂通過推壓或抽吸方式通過模具內(nèi)的纖維預(yù)制體，形成最終制件形狀。這些方法使樹脂經(jīng)歷較長的有時甚至較復(fù)雜的路徑。為了保證前部樹脂均勻推進，不留孔隙或干區(qū)，需要仔細的工藝設(shè)計和細節(jié)考慮。廢品率可能較高（至少在初期如此）。這些方法需要使用對模，使制模費用增高。成型廠商必須配混樹脂，加入適量的固化劑和催化劑，用量須與纖維和模具類型相適。如果不能保持一致，則會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不均。
RFI工藝克服了這些缺點。加熱和用真空（或壓力）幫助樹脂滲透連續(xù)的纖維預(yù)制體使得樹脂分布均勻，制品成型周期短。
展開 《Science Advances》通過多層膜陶瓷提高MAX相材料輻照穩(wěn)定性！
這也是材料科學(xué)家一直在尋找能夠承受惡劣輻照環(huán)境的新材料的原因之一。目前一種被證明可用于制備抗輻照金屬材料的策略是制備金屬多層膜，因為這會產(chǎn)生高密度的界面，而界面可以吸收材料缺陷，導(dǎo)致輻照損傷的恢復(fù)和復(fù)合。此外，這些界面還可以通過設(shè)計提高材料的強度、韌性和抗氧化性，從而對材料性能發(fā)揮重要作用。
現(xiàn)在，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家們將類似的策略應(yīng)用于一類基于 MAX 相材料、SiC和TiC的抗輻照陶瓷多層膜材料，他們仔細研究了這種多層陶瓷在各個界面上發(fā)生的過程，借此提出了增強該材料輻照穩(wěn)定性的方法。這項工作為創(chuàng)造新型層狀陶瓷打開了大門，這類陶瓷多層膜材料可用作核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)和涂層材料等強輻照環(huán)境之中。該研究以Enhancing the phase stability of ceramics under radiation via multilayer engineering為題發(fā)表在2021年6月的《Science Advances》雜志上。
論文鏈接：
http://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabg7678
“陶瓷通常具有良好的耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性，因此它們在核應(yīng)用中可以發(fā)揮特殊作用，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校材料科學(xué)與工程教授 Izabela Szlufarska 說。“多層膜的方法在金屬系統(tǒng)中是成功的。但是陶瓷的行為與金屬截然不同。問題之一是界面是否對陶瓷有益，因為這些材料中的缺陷行為更為復(fù)雜。此外，陶瓷通常由彼此截然不同的元素組成，這些元素中的每一個都可能與界面發(fā)生不同的相互作用，從而導(dǎo)致對輻照的復(fù)雜反應(yīng)。”
展開 基于石墨烯的透析膜比現(xiàn)有材料過濾快10倍
石墨烯是一種導(dǎo)電導(dǎo)熱性能超強的新型納米材料，強度比低碳鋼強10倍。在最新的基于石墨烯的創(chuàng)新中，麻省理工學(xué)院工程師團隊利用這種材料中研發(fā)出一種新型的膜，可以過濾溶液中的納米級分子，比目前的透析系統(tǒng)中快10倍以上，從而徹底改變了透析過程。
除了血液透析，幫助腎臟無法正常工作的患者清除血液中的廢物，科學(xué)家利用透析（或滲析）來分離雜質(zhì)分子，凈化藥物，并從化學(xué)溶液中除去不需要的殘留物。現(xiàn)代透析膜由于其厚度工作起來相當(dāng)緩慢，但是這種新的石墨烯膜由于不到一納米的厚度而加速過濾過程。
麻省理工學(xué)院團隊開發(fā)了一種制造石墨烯超薄層的工藝，其基本上起了分子篩選的作用。然后，團隊創(chuàng)造出擁有不同尺寸小孔的膜。這種高度特異性的定制孔徑的能力允許研究人員測試不同膜過濾特定分子的能力。
他們設(shè)計出的一種石墨烯膜有非常小的孔，以通過只有0.66納米寬的氯化鉀分子。研究人員發(fā)現(xiàn)膜能有效地通過這些分子。
研究人員指出，雖然這種新型透析膜在加速實驗室規(guī)模的分離過程中具有特殊用途，但也有改進血液透析系統(tǒng)的潛力。目前的血液透析治療需要長達四個小時的時間。
該團隊的研究成果發(fā)表在《Advance Materials》雜志上。
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展開 ABAQUS任意單元表面加入膜單元或加入復(fù)合材料纖維層
復(fù)合材料中以纖維增強材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復(fù)合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設(shè)計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復(fù)合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動機風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合， 使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中。非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當(dāng)。
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本期是教大家如何在ABAQUS有限元模型中在任意實體單元表面加入殼單元作為纖維增強材料來模擬復(fù)合材料：
孔眼壁上的膜單元來模擬壁面加固材料
內(nèi)加入纖維增強材料
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