هيكل متعدد الوظائف

المادة متعددة الوظائف هي مادة مركبة . يتمثل النهج التقليدي لتطوير الهياكل في معالجة وظيفة تحمل الأحمال والمتطلبات الوظيفية الأخرى بشكل منفصل. ومع ذلك، فقد ازداد الاهتمام مؤخرًا بتطوير مواد وهياكل تحمل الأحمال ذات وظائف متكاملة غير حاملة للأحمال، وذلك استنادًا إلى الاكتشافات الحديثة حول كيفية عمل الأنظمة البيولوجية متعددة الوظائف . ^{[ 1 ]}

باستخدام المواد الإنشائية التقليدية، كان من الصعب تحقيق تحسين متزامن في وظائف إنشائية متعددة، إلا أن تزايد استخدام المواد المركبة يعود جزئيًا إلى إمكانية تحقيق مثل هذه التحسينات. وتتنوع هذه الوظائف المتعددة من الوظائف الميكانيكية إلى الكهربائية والحرارية. وتتكون معظم المواد المركبة المستخدمة على نطاق واسع من مواد ذات مصفوفة بوليمرية، وهي عادةً ما تكون موصلات ضعيفة. ويمكن تحسين الموصلية الكهربائية عن طريق تدعيم المادة المركبة بأنابيب الكربون النانوية ، على سبيل المثال. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

من بين الوظائف العديدة التي يمكن تحقيقها: نقل الطاقة، والتوصيل الكهربائي / الحراري ، والاستشعار والتشغيل، وحصاد/تخزين الطاقة، والقدرة على الإصلاح الذاتي، والحماية من التداخل الكهرومغناطيسي، وإمكانية إعادة التدوير والتحلل البيولوجي . انظر أيضًا المواد المتدرجة وظيفيًا ، وهي مواد مركبة يتغير تركيبها أو بنيتها المجهرية محليًا لتحقيق تباين معين في خصائص المادة المحلية. ^{[ 4 ] [ 5 ]} مع ذلك، يمكن تصميم المواد المتدرجة وظيفيًا لوظائف وتطبيقات محددة.

العديد من التطبيقات مثل أجنحة الطائرات القابلة لإعادة التشكيل، والألواح الديناميكية الهوائية متغيرة الشكل للتحكم في التدفق، وعوادم المحركات ذات الهندسة المتغيرة، وشفرات التوربينات، وتكوين توربينات الرياح عند سرعات رياح مختلفة، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (المفاتيح الدقيقة)، وخلايا الذاكرة الميكانيكية، والصمامات، والمضخات الدقيقة، وموضع لوحة التوجيه المرن في الخلايا الشمسية، والهندسة المعمارية المبتكرة (ألواح الشكل التكيفي للأسقف والنوافذ)، والأجهزة الإلكترونية المرنة والقابلة للطي والبصريات (مرايا تغيير الشكل للتركيز النشط في الأنظمة البصرية التكيفية).