方岱宁院士:液晶弹性体超材料促进皮肤再生

发布日期: 2022-06-27 信息来源:中科智库 浏览次数:0
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方岱宁,中国科学院院士、美国工程院外籍院士,中科智库首批入库专家兼审核委员会委员,材料与结构力学领域专家,北京理工大学教授、校学术委员会主任、先进结构技术研究院名誉院长兼首席科学家,深圳北理莫斯科大学名誉校长。

方岱宁主要从事先进材料与结构力学理论、计算与实验方法研究,拓展了铁电/铁磁材料宏微观变形与断裂理论,发展了先进材料与结构力电磁热多场多尺度计算力学方法与设计制备方法,发展了先进材料多场多轴加载和测试技术与实验方法,突破了系列热/力/氧耦合环境下材料性能测试技术,自主研制了一系列超高温测试仪器,填补了国内空白。

瘢痕和瘢痕疙瘩患者的福音

液晶弹性体(LCE)是一种能够对热/光刺激产生大的、可逆的形状变化的软活性材料,被广泛应用于人造肌肉、软驱动器、和柔性机器人等领域。但是由于其较高的驱动温度(通常在60°C以上)和较低的双向驱动性能(通常低于10%的驱动应变),导致该材料很少开发出相关的产品。

方岱宁与清华大学的张一慧教授等科研人员开发了独特的液晶弹性体超材料的机械制导设计和制造方案。他们开发的LCE超材料可以获得前所未有的双轴驱动应变(53%)和双向热膨胀系数(33125 ppm K1),将其与医用敷料相结合,可以开发一种生物相容性、透气性、可收缩、止血的贴片。该贴片作为一种非侵入性治疗手段,可以解决传统方法的局限性,促进皮肤再生,有效避免瘢痕和瘢痕疙瘩的形成。

从运用3D打印到提出新型4D打印

3D打印又称增材制造,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体,使计算机上的蓝图快速变成实物的技术。方岱宁就利用3D打印技术展示了一种三稳态折纸结构。

折纸结构在超材料、机器人等领域都有着重要应用,而为了获得独特的可重构特征,折纸结构的多稳态特性成为科学工程界的研究热点。方岱宁团队利用经典的Square-Twist折纸结构展示了一种多材料3D打印的三稳态折纸结构。该结构有利于提高信道容量和通信可靠性,在5G的关键技术大规模多输入多输出系统中有着潜在应用。此外,方岱宁不仅使用3D技术展现结构,还从结构出发,提出了新型4D打印方法。

4D打印比3D打印多了一个“D”也就是时间维度,它是一种将设计内置到物料当中后,随着时间的推移可以自动变形的材料,它能够创造出有智慧、有适应能力的新事物,彻底改变传统的工业打印。不过目前该技术因难以制备出兼具复杂变形能力和优异力学性能的结构,所以在工程应用领域的发展受到严重制约。

方岱宁团队与佐治亚理工齐航教授课题组合作,基于异质材料组成的空腔结构在充气载荷作用下发生不均匀鼓胀的原理,提出了一种气动多材料4D打印策略。这种新型4D打印方法不仅能够制造含有复杂三维构型的结构,而且能够制备初始具有平坦表面,一旦充气便能自动变成目标三维复杂曲面的创新构型。

方岱宁表示,通过先进结构技术研究,能够突破军民高端装备的棘手设计面临的关键技术难题,实现先进结构新设计原理、制造实现技术、实验表征评价技术的融合创新和颠覆性突破。

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方岱宁院士为力学专业研究生讲授"现代力学进展"课程


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方岱宁院士简介

方岱宁,中国科学院院士、美国工程院外籍院士,中科智库首批入库专家兼审核委员会委员,材料与结构力学领域专家,北京理工大学教授、校学术委员会主任、先进结构技术研究院名誉院长兼首席科学家,深圳北理莫斯科大学名誉校长。

方岱宁主要从事先进材料与结构力学理论、计算与实验方法研究。拓展了铁电/铁磁材料宏微观变形与断裂理论,在有限元分析与器件设计中获得应用。发展了先进材料与结构力电磁热多场多尺度计算力学方法与设计制备方法,研究成果在国际首颗增材制造卫星点阵主承力结构、国内首例轨道交通装备主承力异型复合材料悬浮架结构等高端装备结构中获得应用。发展了先进材料多场多轴加载和测试技术与实验方法,突破了系列热/力/氧耦合环境下材料性能测试技术,自主研制了一系列超高温测试仪器,填补了国内空白,成为我国航天超高温力学性能测试的主要平台之一,支撑了航天返回舱、重点型号飞行器等国防重大装备研制。

获国家自然科学二等奖2项,教育部“高等学校自然科学奖”一等奖3项、技术发明一等奖2项,并获得何梁何利科技进步奖、周培源力学奖、徐芝纶力学一等奖,以及国际计算方法大会最高金质奖章等。