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鱿鱼皮鈥搃nspired材料是游戏规则的改变者
2022年07月23日    新闻来源:行业资讯在线    |  投稿

在Calit2大楼的一个实验室里,亚历山德拉·斯特泽莱卡打开一个抽屉,拿出一张小方格纸,递给一位来访者。这种褐色的橡胶状材料延伸到原来尺寸的两倍以上。

“它很轻,”斯特泽莱卡大学化学工程系的研究生潘一鸣(音译)说,如果有人冒险猜测它的重量,那么零盎司将是一个合理的答案。

他们正在展示一种他们帮助开发的自适应热管理复合材料,该材料因其灵感而得名:鱿鱼皮。

头足类动物的皮肤可以让这些生物改变颜色,而基于它的UCI发明可以隔离饮料杯、餐厅购物袋、包裹盒,如果你有足够的卷,还可以隔离运输集装箱。

化学和生物分子工程副教授阿隆·戈罗德茨基(AlonGorodetsky)在他的实验室里,刘和斯特泽莱卡(Strzelecka)进行了研究。他说,追求包装应用的想法是在2019冠状病毒疾病大流行的鼎盛时期提出的,当时我们中的许多人都订购了食品杂货和餐厅餐点,以便在家送货。

Gorodetsky说:“任何易腐的东西,任何需要控制温度的东西,都需要大量的包装。”。“该应用程序的真正动机是思考这个根本问题,因为食品包装非常浪费。每个人送回家的包装数量增加了一个数量级以上。这些东西后来都去了哪里?基本上,它们将在填埋场中存在数百年。”

但是,传统食品包装的优势在于,它能够使热的食品保持热的,冷的食品保持冷的,并且外壳相当中性,便于搬运。这让我们回到了低等乌贼。鱿鱼皮肤中色素细胞的扩张和收缩改变了可见光的反射和透射,这些变化有助于头足类沟通和伪装身体以躲避捕食者。

Gorodetsky的团队模仿了这种方法,在他们的材料中实现了“可调温度调节”,这可以提高能效,甚至保护敏感的手指。3月28日发表在《自然可持续性》上的UCI研究人员论文《具有可调热管理特性的仿生材料的可扩展制造》总结了这一点。

该材料的顶层由铜制成,底层支撑层为普通橡胶聚合物。该论文的主要作者、前UCI化学和生物分子工程博士后Mohsin Badshah说:“通过用醋去除铜,并使用已确立的商业方法重新利用剩余的可拉伸聚合物,这种复合材料可以大量回收。”。

(最近毕业于加州大学化学与生物分子工程博士的Erica Leung是这项研究的另一位合著者。)

刘和斯特泽莱卡在实验室展示了鱿鱼皮,他们解释了团队是如何实现其目标的,即在保持其拉伸、强度和温度调节能力的同时,制造出不仅可回收,而且无毒、抗菌和大规模的鱿鱼皮。

斯特泽莱卡补充道,成本是另一个因素。“这种材料是价格上的最佳选择,”她说。“一些替代品使用黄金或白银,但在比较价格时,我们的方法对全球消费者更为实用。”

然后,她拿出一个纸咖啡杯,杯身包裹着一层薄薄的鱿鱼皮材质,并用维可牢尼龙粘在一起。“你可以拉伸它来调节你想要的咖啡的温度,”她说。“我们的一个实验是关于改变冷却速度的。”

Gorodetsky说:“在杯子周围包上一些东西,比如乳胶或Saran保鲜膜,可以让你把几乎所有的容器都变成保温瓶。”。“但通过拉伸材料,你可以根据自己的需要进行调整。也许你喜欢热咖啡,但其他人喜欢热咖啡或温水咖啡。”

根据许多媒体在《自然可持续发展》上的报道,人们显然对能够做到这一点很感兴趣,但这种关注并没有让Gorodetsky感到惊讶。“这个话题非常及时,”他说。“可持续包装只是人们一直在思考的事情之一。有一些新闻报道称,星巴克多年来一直试图废除一次性咖啡杯,因为它是一种严重的环境危害。

“令我惊讶的是国际社会的关注。意大利、德国和法国等地发生了很多关于可持续发展政策的事情。我想这说明,也许欧洲在回收利用和环境影响方面比我们更具前瞻性。”

令Gorodetsky兴奋的还有业界对鱿鱼皮启发材料的兴趣。“就我们如何推进这一点而言,已经有公司联系了Beall Application Innovation,”他说。“这是因为我们通过BAI获得了一些知识产权。这就是我想赞扬DARPA的地方,他推动了我们的翻译工作。”

他指的是国防高级研究计划局,该局为军事开发新兴技术,并最终适应一般消费者使用。无人机、个人电脑、互联网、语音激活和Moderna的2019冠状病毒疾病疫苗都是DARPA至少可以部分归功于的创新。

Gorodetsky的实验室受益于DARPA的嵌入式创业计划,该计划通过资助、指导以及将科学家和工程师与投资者和企业合作伙伴联系在一起,加速了产品的转型创新,他说:“他们的思维非常广泛,这很清楚。”。

“他们生产的技术有可能创造全新的产业,颠覆现有市场,建立军事优势,并创造持久的社会变革,”DARPA网站上对该计划受益人的解释如是说。“然而,由于缺乏基本的创业技能和对私营部门市场动态的了解不足,影响显著放缓。嵌入式创业计划通过增加具有关键商业专业知识的科研团队来填补这些知识空白。”

Gorodetsky说:“我们一直在与多家公司联系,并与他们讨论使用我们的一些技术。”。“让DARPA的专业知识参与到这一过程中真是太棒了。我的实验室里有一位DARPA支持的企业家,与我的学生一起努力将这项技术转化为产品。”

这并不容易:鱿鱼皮材质必须与其他项目竞争才能入选。

Gorodetsky说:“EEI项目已经有2年多一点的历史了,而且非常独特。”。“我们很幸运地获得了奖项。由于DARPA所看到的所有未来技术,评选过程一定令人兴奋。然后他们会说,‘好吧,这些是我们认为最有希望的技术。’这非常令人欣慰,因为它只是向我们展示了我们在仅仅从纸面上的概念开始几年后取得的进步。”

根据《自然可持续发展》论文的成本分析部分,这种以鱿鱼皮为灵感的材料可以每平方米10美分的价格生产出来。这将使它像太空毯一样实惠。Gorodetsky说:“我们在标准设备上制造的这些类型的金属化板材的范围内。”。“我们的价格稍高一些,但就所有目的而言,这与制作薯片袋的内部成本基本相同。”

从研究到投放到消费者货架的竞争还没有结束。Gorodetsky说:“嵌入式企业家现在所做的是帮助我们找到一种适销对路、商业上可行的产品。”。“我们甚至可以制作该产品的原型。因为有这么多不同的应用程序,你可以选择一个,并用它来表明你的立场。

“咖啡杯的例子是一个很酷的演示,但如果没有更多的工作,它可能不是最具商业可行性的应用程序。这就是为什么你会得到一个有实际商业经验的人。一个会告诉你什么是什么的人。”

对他的实验室来说,更多的是产品开发鈥攐nce确切产品已知鈥攁nd解决其他制造难题。

Gorodetsky说:“每次你扩展某个项目,这都是一个全新的研究项目。”。“我们下一步要把这种材料制成卷。这是一个难以置信的工程挑战。”

然后有可能在这一过程中添加修改,例如将传感器放入材料中或添加自我修复功能。Gorodetsky说:“你可以加上很多铃铛和哨子。”。“但每次你改变一些东西,它就会变成一个全新的项目。”

不管最终会变成什么,UCI都会持有一种有价值材料的专利,这种材料的未来用途似乎无穷无尽。当谈到Gorodetsky的实验室收到任何收益时,他谦恭地说:“如果我们得到任何东西,那将是一点点。我会为此感到高兴的。这是一个非常有趣的项目。”

根据第一次合作作者斯特泽莱卡的说法,这是一个有益的发现。

她说:“有趣的是,我们所做的测量完全经过了理论计算的验证,这告诉我们,这个想法背后的物理原理确实是合理的。”。“这是我们进行更多研究的一个很好的动力。”

标签:化工应用生物化学
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