Materialele de ultimă oră precum grafenul - o foaie subțire de carbon cu doar un atom de grosime - sunt din ce în ce mai ușoare, mai puternice și mai ușor de produs în fiecare zi, oferind un potențial nou pentru transformarea industriilor de la desalinizarea apei în celulele solare și detectarea bolilor.
Continut Asemanator
- Inventatorii ciclismului și-au publicat manifestul într-o carte de plastic. De ce?
Dar materialele noastre create de om încă nu au o calitate mult dorită, care apare în mod natural în rădăcinile plantelor și pielii umane: capacitatea de a se vindeca.
O echipă condusă de Scott White de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign și-a propus să schimbe asta adăugând un sistem vascular artificial la plastic. Ideea este de a umple pseudo-venele materialului cu lichide reactive din punct de vedere chimic, astfel încât, atunci când plasticul este rupt, substanțele se pot combina și se pot solidifica ca un coagul de sânge, protejând obiectul de deteriorarea ulterioară.
Într-un videoclip demonstrativ, echipa testează tehnica pe un bloc de plastic, pompând două lichide prin canale separate în obiect înainte de a perfora materialul cu un burghiu de 4 milimetri. Rana de foraj a creat fisuri care au eliberat canalele de lichid, dar datorită sistemului vascular, lichidele au scurs în orificiu și au fisuri, în 20 de minute formând un gel gros care a oprit deteriorarea să se răspândească. Gelul s-a solidificat într-o chestiune de trei ore, în cele din urmă reparatându-se pentru a fi cu aproximativ 60 la sută mai puternic ca materialul original, potrivit echipei.
Cercetătorii au în vedere utilizarea tehnologiei pentru a proteja totul de la echipamentele militare până la materialele de construcție - poate economisi timp și forță de muncă în situații de urgență sau locuri de muncă greu accesibile.
Procesul de amestecare și solidificare chimică poate suna familiar oricui a folosit vreodată rășină epoxidică achiziționată de la un magazin de hardware. Dar Brett Krull, coautor al cercetării, spune că echipa s-a îndepărtat de epoxii, în mare parte din cauza timpurilor lor de reacție lente.
Deși produce un efect similar cu epoxiile, noul plastic ajută la repararea avariei trebuie mai rapid, spune Krull.
Diferența fundamentală:
„Am proiectat sistemul nostru pentru a suferi două tranziții diferite”, în timp ce rășina epoxidică funcționează diferit, spune Krull. „Două reacții chimice inițiază imediat ce apare amestecarea, dar apar pe perioade de timp mult diferite”.
Krull spune că prima reacție transformă amestecul într-un gel moale în termen de 30 de secunde. Acest lucru menține substanțele chimice pe loc în zona deteriorată, permițând în același timp livrarea de mai multe lichide în gaură sau fisură până când a fost umplută. A doua reacție, care transformă substanțele chimice într-un solid, are loc ulterior, într-un ritm care poate fi controlat prin schimbarea compoziției și concentrațiilor substanțelor chimice.
„Chimia noastră nu abordează complexitatea unui sistem natural”, spune Krull, „dar am conceput un sistem cu un răspuns dependent de timp la daune.”
White și echipa sa au demonstrat capacitatea de a vindeca fisurile microscopice într-un mod diferit în trecut, folosind microsfere epoxidice și încorporate. Dar noua abordare vasculară permite repararea pe o scară mult mai mare. Tehnica ar putea fi utilizată pentru a repara o scăpare în lateralul unui exercițiu subacvatic, de exemplu, sau o marcă de pe o navă spațială care se ciocnește cu un meteor.
Cercetătorii se confruntă în continuare cu provocări, deoarece continuă să dezvolte materiale auto-auditive, inclusiv cum să crească eficiența rețelelor vasculare din material (plastic în acest caz), fără a-i reduce semnificativ rezistența sau performanța. De asemenea, echipa dorește să ofere materialului capacitatea de a se vindeca de mai multe „răni” în timp.
Produsele chimice vor trebui, de asemenea, probabil ajustate pentru a face față unor zone mai mari de daune. Potrivit New Scientist, găurile din material care erau mai mari de 8 mm au provocat apăsarea substanțelor chimice. Echipa crede că utilizarea spumei în canale în loc de lichid va permite materialului să vindece zone mai mari, deși cercetătorii nu au testat încă această opțiune.
Krull spune că vor căuta, de asemenea, ca materialul să fie eficient în diferite medii, cum ar fi temperaturi extreme, sub apă sau în spațiu. (Până în prezent, testarea a fost făcută în primul rând în laborator).
În timp ce tehnologia poate face într-o zi drum spre produsele de larg consum, nu vă așteptați ca aceste materiale cu auto-vindecare să repare magic partea din spate a iPhone-ului sau a bara de protecție a mașinii dvs. Tehnologia este încă în primele etape ale dezvoltării, spune Krull. Și pentru că cercetarea este finanțată de forța aeriană a SUA, este probabil să fie folosită mai întâi pe avioane de vânătoare, tancuri sau nave spațiale, împreună cu dispozitive dificil de reparat, cum ar fi echipamentele de foraj subacvatic.
Dar acesta este doar începutul a ceea ce ar putea face materialul, spune Krull.
„Versiunea actuală seamănă mai mult cu o cicatrice, deoarece materialul vindecat nu este la fel de bun ca originalul”, spune Krull. „Scopul nostru pe distanțe mari este acela de a dezvolta un polimer cu adevărat regenerativ, unde materialul pierdut de un eveniment de deteriorare poate fi înlocuit cu material din aceeași compoziție.”
