Forkantmaterialer som grafen - et tyndt ark kulstof, der kun er et atomtykt - bliver lettere, stærkere og lettere at fremstille hver dag, hvilket giver et nyt potentiale til at transformere industrier fra vanddesalering til solceller og sygdomsdetektion.
Relateret indhold
- Opfinderne af Upcycling offentliggjorde deres manifest i en plastikbog. Hvorfor?
Men vores menneskeskabte materialer mangler stadig en meget ønsket kvalitet, der forekommer naturligt i rødderne af planter og menneskelig hud: evnen til at helbrede sig selv.
Et hold ledet af Scott White ved University of Illinois i Urbana-Champaign har sat sig for at ændre det ved at tilføje et kunstigt vaskulært system til plast. Ideen er at fylde materialets pseudo-vener med kemisk reaktive væsker, så når stoffet rives, kan stofferne kombinere og størkne som koagulerende blod og beskytte genstanden mod yderligere skader.
I en demonstrationsvideo tester teamet teknikken på en plastikblok og pumper to væsker gennem separate kanaler ind i genstanden, før det punkteres materialet med en 4-millimeter bor. Boresåret skabte revner, der frigav væskekanalerne, men takket være det vaskulære system ozede væskerne ned i hullet og revner på 20 minutter og dannede en tyk gel, der forhindrede skaden i at sprede sig. Gelen størknet i løbet af tre timer og reparerede i sidste ende sig til at være omkring 60 procent så stærk som det originale materiale, ifølge teamet.
Forskere ser for sig at bruge teknologien til at beskytte alt fra militært udstyr til byggematerialer - potentielt sparer tid og arbejdskraft i nødsituationer eller arbejdssteder, der er vanskeligt at nå.
Den kemiske blandings- og størkningsproces lyder måske velkendt for enhver, der nogensinde har brugt epoxyharpiks købt fra en isenkræmmer. Men Brett Krull, en medforfatter af forskningen, siger, at holdet er flyttet væk fra epoxier, stort set på grund af deres langsomme reaktionstid.
Selvom det producerer en effekt, der ligner epoxies, hjælper den nye plast med at reparere skader skal hurtigere, siger Krull.
Den grundlæggende forskel:
"Vi designet vores system til at gennemgå to forskellige overgange, " hvorimod epoxyharpiks fungerer anderledes, siger Krull. "To kemiske reaktioner påbegyndes, så snart blandingen finder sted, men de forekommer på meget forskellige tidsrum."
Krull siger, at den første reaktion forvandler blandingen til en blød gel inden for 30 sekunder. Dette holder kemikalierne på plads inden i det beskadigede område, mens der stadig tillades levering af flere væsker i hullet eller revnen, indtil det er fyldt. Den anden reaktion, der omdanner kemikalierne til et fast stof, sker bagefter i en hastighed, der kan kontrolleres ved at ændre sammensætningen og koncentrationerne af kemikalierne.
"Vores kemi nærmer sig ikke et naturligt systems kompleksitet, " siger Krull, "men vi har designet et system med en tidsafhængig reaktion på skader."
White og hans team har vist evnen til at helbrede mikroskopiske revner på en anden måde i fortiden ved hjælp af epoxy og indlejrede mikrosfærer. Men den nye vaskulære fremgangsmåde muliggør reparation i meget større skala. Teknikken kunne bruges til at reparere en kløft i siden af en undervandsbor, for eksempel eller en pockmark på et rumfartøj, der kolliderer med en meteor.
Forskere står stadig over for udfordringer, da de fortsætter med at udvikle selvhørende materialer, herunder hvordan man øger effektiviteten af de vaskulære netværk i materialet (plast i dette tilfælde) uden at reducere dets styrke eller ydeevne markant. Holdet ønsker også at give materialet evnen til at heles fra flere "sår" over tid.
Kemikalierne skal sandsynligvis også justeres for at håndtere større skader. Ifølge New Scientist fik huller i materialet, der var større end 8 mm, kemikalierne til at opsvinde. Holdet mener, at brug af skum i kanalerne i stedet for væske vil give materialet mulighed for at heles større områder, skønt forskere endnu ikke har testet denne mulighed.
Krull siger, at de også ser ud for at gøre materialet effektivt i forskellige miljøer, som ekstreme temperaturer, under vand eller i rummet. (Indtil videre er test primært udført i laboratoriet).
Mens teknologien en dag muligvis kommer frem til forbrugerprodukter, må du ikke forvente, at disse selvhelbredende materialer magisk reparerer bagsiden af din iPhone eller bilens kofanger helt endnu. Teknologien er stadig i de tidlige stadier af udviklingen, siger Krull. Og fordi forskningen finansieres af den amerikanske luftvåben, vil den sandsynligvis blive brugt på jagerfly, tanke eller rumfartøjer først sammen med enheder, der er vanskelige at reparere, som f.eks. Boreudstyr til vand.
Men det er bare begyndelsen på, hvad materialet muligvis kan gøre, siger Krull.
”Den aktuelle version er mere som et ar, da det helede materiale ikke er lige så godt som originalen, ” siger Krull. ”Vores langdistancemål er at udvikle en virkelig regenererende polymer, hvor materiale, der er tabt ved en skadehændelse, kan erstattes med materiale med samme sammensætning.”
