伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員從生物循環系統(如血管或樹上的葉子)中汲取靈感，十多年來一直致力于開發血管化結構復合材料，創造出重量輕、能夠自我愈合和自我冷卻的材料。

但現在，研究團隊通過利用現成的樹脂進行前端聚合，將兩天的制造過程縮短到大約兩分鐘。

在過去的幾年里，我們一直在尋找用高性能材料制造血管網絡的方法，相關人員說，這是一個真正的突破，在結構材料中制造血管網絡，節省了大量時間和能量。

相關人員說，理解他們工作的最簡單方法是描繪出一片樹葉的組成及其內部通道和結構網絡。現在，想象一下葉子是由一種堅硬的結構材料制成的;在內部，流體通過不同的噴口和管道相互連接的血管。在研究人員的復合材料中，這種液體具有多種功能，如在極端環境下冷卻或加熱。

相關人員說，我們希望創造出類似生命的結構，但我們也希望通過采用一種生物學普遍使用的方法，與現有的基礎設施相比，它們能在更長的時間內保持性能。樹木擁有從地面運輸營養和水的網絡，克服重力，并將合成食物從葉子運輸到樹木的其他部分。液體在兩個方向流動，以調節溫度，生長新材料，并修復現有材料的整個生命周期。我們試圖在非生物系統中復制這些動態功能。

然而，對于自動材料系統集團來說，創建這些復雜的材料一直是一個漫長而艱巨的過程。在之前的自我修復材料的研究中，研究人員需要一個熱烤箱，真空，至少一天的時間來創造復合材料。漫長的制造周期包括固化宿主材料，隨后燃燒或汽化犧牲模板，留下中空的血管網絡。索托斯說，后一個過程可能需要24小時。血管網越復雜，移除就越困難和耗時。

為了創造主體材料，科學家們選擇了正面聚合，這是一種反應-熱擴散系統，利用熱的產生和擴散同時促進兩種不同的化學反應。熱量是在主體凝固過程中在內部產生的，剩余的熱量分解了嵌入的模板，從而制造出血管材料。這意味著研究人員可以通過將兩步結合為一步來縮短過程，在沒有烤箱的情況下創建血管網絡和聚合宿主材料。此外，新工藝使研究人員在創建網絡時擁有更多的控制權，這意味著這種材料在未來可能會增加復雜性和功能。

相關人員說，通過這項研究，我們已經弄清楚了如何通過前端聚合來推動血管化來植入血管網絡。現在只需幾分鐘，而不是幾天，而且我們不需要把它放進烤箱。

串聯聚合和血管化這兩個過程讓科學家們可以在幾分鐘內創造出自我修復的結構材料。

當堅固的材料在持續的損傷下保持功能時，比如摩天大樓的建造，自愈材料可以是有益的。但在研究人員的案例中，最有可能的應用是飛機、宇宙飛船，甚至是國際空間站。研究人員解釋說，以這種方式生產的材料可以在5到10年內商業化生產，盡管研究人員指出，所有所需的材料和加工設備目前都已商業化。

從計算的角度來看，研究人員解釋說，他能夠捕獲在犧牲模板中發生的前沿聚合和吸熱相變。

他說，我們進行了適應性、瞬態、非線性有限元分析，以研究這種競爭，并確定凝膠同時進行前沿聚合和血管化的條件。這項技術將帶來一種更節能、更快速的方法來創建具有復雜微血管網絡的復合材料。

由于該團隊跨學科的發現，動態多功能材料現在比以往任何時候都更容易制造。

相關人員說，這項研究是實驗工作和計算工作的結合。這需要來自化學、工程和材料科學等不同學科的團隊成員進行同步溝通，以徹底改變傳統的非可持續制造策略。

相關人員補充說，集團多年來一直在研究鏈解聚反應。當我得知團隊認識到在熱演化聚合反應中產生的熱能可以與另一種材料的鏈解聚合同步，以制造通道時，我很高興。