从最大的桥梁到最小的医疗植入物，传感器无处不在，这是有充分理由的：在变化成为问题之前感知和监控变化的能力既可以节省成本又可以挽救生命。
为了更好地应对这些潜在威胁，匹兹堡大学斯旺森工程学院的智能结构监测和响应测试 (iSMaRT) 实验室设计了一类新型材料，既是传感介质又是纳米发电机，并准备彻底改变多功能材料技术大大小小的。
最近发表在《纳米能源》上的这项研究描述了一种新的超材料系统，它充当自己的传感器，记录和传递有关其结构上的压力和应力的重要信息。所谓的“自我意识超材料”产生自己的能量，可用于广泛的传感和监测应用。
这项工作最具创新性的方面是其可扩展性：只需调整设计几何形状，即可在纳米级和兆级上使用相同的设计。
“毫无疑问，下一代材料需要多功能、自适应和可调。”iSMaRT 实验室负责人、土木与环境工程和生物工程助理教授 Amir Alavi 说。“仅靠天然材料无法实现这些功能——您需要混合或复合材料系统，其中每个组成层都提供自己的功能。我们发明的具有自我意识的超材料系统可以通过融合先进的超材料来提供这些特性以及多尺度的能量收集技术，无论是医疗支架、减震器还是飞机机翼。”
虽然几乎所有现有的自感应材料都是依赖于不同形式的碳纤维作为感应模块的复合材料，但这一新概念提供了一种完全不同但有效的方法来创建传感器和纳米发电机材料系统。所提出的概念依赖于材料微结构的性能定制设计和组装。
该材料的设计使得在压力下，其导电层和介电层之间发生接触带电，产生电荷，传递有关材料状况的信息。此外，它自然地继承了超材料的卓越机械性能，如负压缩性和超高抗变形能力。其内置摩擦纳米发电机机制产生的电力消除了对单独电源的需求：这种材料系统可以大规模利用数百瓦的电力。
标签： 生命结构
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