Az élvonalbeli anyagok, mint a grafén - egy vékony szénalapú, csak egy atom vastagságú - napról napra könnyebbé, erősebbé és könnyebben előállíthatók, új lehetőséget kínálva az iparágak átalakításához a víz sótalanításából a napelemekbe és a betegségek kimutatásába.
kapcsolodo tartalom
- Az Upcycling feltalálói egy műanyag könyvben tették közzé manifesztóikat. Miért?
De az ember által készített anyagokban még mindig hiányzik az egyik nagyon kívánt tulajdonság, amely természetesen a növények gyökereiben és az emberi bőrben fordul elő: a gyógyulás képessége.
Scott White irányítása alatt álló csapat az Urbano-Champaign Illinois Egyetemen elhatározta, hogy ezt megváltoztatja egy műanyag érrendszer hozzáadásával. Az ötlet az, hogy az anyag álszereit kémiailag reaktív folyadékokkal töltsék fel, hogy a műanyag szakadás után az anyagok összekapcsolódjanak és megszilárduljanak, mint a véralvadás, védve az objektumot a további károsodásoktól.
Egy demonstrációs videóban a csapat egy műanyag blokkon teszteli a technikát, két folyadékot külön csatornákon keresztül pumpálva a tárgyba, mielőtt az anyagot 4 milliméteres fúróval szúrná át. A fúró seb olyan repedéseket hozott létre, amelyek felszabadították a folyadékcsatornákat, de az érrendszernek köszönhetően a folyadékok a lyukba szivárogtak és repedtek, 20 perc alatt egy vastag gélt képezve, amely megakadályozta a károsodások terjedését. A gél három órán belül megszilárdult, és végül úgy javult, hogy körülbelül 60% -kal erősebb, mint az eredeti anyag, állítja a csapat.
A kutatók úgy gondolják, hogy a technológiát felhasználva védik mindent a katonai felszerelésektől az építőanyagokig - potenciálisan időt és munkaerőt takaríthat meg vészhelyzetben vagy nehezen elérhető helyen.
A kémiai keverési és megszilárdítási folyamat mindenki számára ismertnek tűnik, aki valaha használt hardverboltból vásárolt epoxigyantát. De Brett Krull, a kutatás társszerzője szerint a csapat elköltözött az epoxikától, főleg a lassú reakcióidő miatt.
Noha az új műanyag epoxikhoz hasonló hatást fejt ki, az gyorsabban javítja a károkat - mondja Krull.
Az alapvető különbség:
"Úgy terveztük, hogy rendszerünket két különböző átmenetre menjenek át", míg az epoxigyanta másképp működik - mondja Krull. "Két kémiai reakció indul, amint a keverés megtörténik, de sokkal különböző időkeretekben fordulnak elő."
Krull szerint az első reakció 30 másodpercen belül az elegyet lágy géllé alakítja. Ez a vegyszereket a helyén tartja a sérült területen, miközben még több folyadékot juttat a lyukba vagy repedésbe, amíg meg nem töltödik. A második reakció, amely a vegyi anyagokat szilárd anyaggé változtatja, utána, olyan sebességgel, amelyet a vegyi anyagok összetételének és koncentrációjának megváltoztatásával lehet szabályozni.
"Kémia nem közelíti meg a természetes rendszer bonyolultságát" - mondja Krull. "De egy olyan rendszert terveztünk, amely időtől függően reagál a károsodásokra."
White és csapata bebizonyította, hogy a múltban más módon is képes gyógyítani a mikroszkopikus repedéseket epoxi és beágyazott mikrogömbök felhasználásával. De az új érrendszeri megközelítés sokkal szélesebb körű javítást tesz lehetővé. Ez a technika felhasználható például egy víz alatti fúró oldalán lévő gázzal vagy egy meteorral ütköző űrhajó pontjának javításához.
A kutatók továbbra is kihívásokkal szembesülnek, miközben továbbfejlesztik az önhalló anyagokat, ideértve azt is, hogyan lehet az anyag (ebben az esetben műanyag) érrendszerének hatékonyságát növelni anélkül, hogy jelentősen csökkentenék annak erősségét vagy teljesítményét. A csapat azt is meg akarja adni, hogy az anyag az idő múlásával több „sebből” gyógyuljon.
A vegyszereket valószínűleg szintén módosítani kell a nagyobb sérülések kezelésére. A New Scientist szerint az anyagban 8 mm-nél nagyobb lyukak okozhatják a vegyi anyagok lehajlását. A csoport úgy gondolja, hogy a folyadék helyett a habanyag használata a csatornákban lehetővé teszi az anyag számára, hogy meggyógyítsa a nagyobb területeket, bár a kutatók ezt még nem tesztelték.
Krull szerint ezek az anyagok különféle környezetekben, például szélsőséges hőmérsékleteken, víz alatt vagy űrben is hatékonysá válnak. (Eddig a tesztelést elsősorban a laboratóriumban végezték).
Bár a technológia egy nap eljuthat a fogyasztási cikkekhez, ne várja el, hogy ezek az öngyógyító anyagok varázslatosan megjavítják iPhone iPhone hátulját vagy az autó lökhárítóját. A technológia még mindig a fejlesztés korai szakaszában van - mondja Krull. Mivel a kutatást az amerikai légierő finanszírozza, valószínűleg először harci repülőgépekben, tartályokban vagy űrhajókban fogják használni azokat, olyan nehéz eszközökkel együtt, amelyeket nehéz javítani, például a víz alatti fúróberendezéseket.
De ez csak a kezdete annak, amit az anyag képes lehet tenni - mondja Krull.
"A jelenlegi változat inkább egy heg, minthogy a meggyógyult anyag nem olyan jó, mint az eredeti" - mondja Krull. "Távolsági célunk egy valóban regeneráló polimer kifejlesztése, amelyben a káros esemény során elveszett anyag helyettesíthető ugyanolyan összetételű anyaggal."
