Най-модерните материали като графен - тънък лист въглерод с дебелина само един атом - стават все по-леки, по-силни и по-лесни за производство, предлагайки нов потенциал за трансформиране на индустрията от обезсоляване на водата до слънчеви клетки и откриване на болести.
Свързано съдържание
- Изобретателите на Upcycling публикуват своя манифест в пластмасова книга. Защо?
Но на нашите изкуствени материали все още липсва едно много желано качество, което се среща естествено в корените на растенията и кожата на човека: способността да се лекуват.
Екип, ръководен от Скот Уайт от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн, реши да промени това чрез добавяне на изкуствена съдова система към пластмаса. Идеята е да се запълнят псевдо-вените на материала с химически реактивни течности, така че когато пластмасата се разкъса, веществата могат да се комбинират и втвърдяват като съсирване на кръвта, предпазвайки обекта от по-нататъшно увреждане.
В демонстрационно видео екипът тества техниката върху пластмасов блок, изпомпвайки две течности през отделни канали в обекта, преди да пробие материала с 4-милиметрова тренировка. Свиречната рана създава пукнатини, които освобождават течните канали, но благодарение на съдовата система течностите изтичат в дупката и се напукват, за 20 минути образувайки гъст гел, който спира увреждането да се разпространи. Гелът се втвърдява в рамките на три часа, като в крайна сметка се ремонтира да бъде около 60 процента по-силен от оригиналния материал, според екипа.
Изследователите предвиждат използването на технологията за защита на всичко - от военно оборудване до строителни материали - потенциално спестяване на време и работна ръка при извънредни ситуации или трудно достъпни работни места.
Процесът на химическо смесване и втвърдяване може да звучи познат за всеки, който някога е използвал епоксидна смола, закупена от хардуерен магазин. Но Брет Крул, съавтор на изследването, казва, че екипът се е отдалечил от епоксидите, до голяма степен заради бавните им времена на реакция.
Въпреки че произвежда ефект, подобен на епоксидите, новата пластмаса помага за поправянето на щетите трябва по-бързо, казва Крюл.
Основната разлика:
"Ние проектирахме нашата система да претърпи два различни прехода", докато епоксидната смола работи по различен начин, казва Крюл. "Две химически реакции започват веднага щом се случи смесване, но те протичат в много различни времеви интервали."
Крюл казва, че първата реакция превръща сместа в мек гел в рамките на 30 секунди. Това задържа химикалите на място в повредената зона, като същевременно позволява доставянето на повече течности в дупката или пукнатината, докато тя не се напълни. Втората реакция, която превръща химикалите в твърдо вещество, се случва след това, със скорост, която може да бъде контролирана чрез промяна на състава и концентрациите на химикалите.
"Нашата химия не подхожда към сложността на естествената система, " казва Крюл, "но ние сме създали система с времева зависимост от повреди."
Уайт и неговият екип са демонстрирали способността да лекуват микроскопични пукнатини по различен начин в миналото, използвайки епоксидни и вградени микросфери. Новият съдов подход позволява ремонт в много по-голям мащаб. Техниката може да бъде използвана например за поправка на раничка встрани от подводна бормашина или показалец на космически кораб, който се сблъсква с метеор.
Изследователите все още са изправени пред предизвикателства, докато продължават да разработват материали за самочувствие, включително как да повишат ефективността на съдовите мрежи в материала (пластмаса в този случай), без да намаляват значително неговата сила или производителност. Екипът също иска да даде на материала способността да лекува от множество "рани" във времето.
Химикалите също ще трябва да бъдат коригирани, за да се справят с по-големи щети. Според New Scientist дупките в материала, които са били по-големи от 8 мм, причиняват провисването на химикалите. Екипът смята, че използването на пяна в каналите вместо течност ще позволи на материала да лекува по-големи площи, въпреки че изследователите все още не са тествали тази възможност.
Krull казва, че те също ще се стремят да направят материала ефективен в различни среди, като екстремни температури, под вода или в космоса. (Засега тестването се извършва предимно в лабораторията).
Въпреки че технологията един ден може да си проправи път към потребителските продукти, не очаквайте тези самолекуващи се материали да поправят по магически начин задната част на вашия iPhone или бронята на вашия автомобил. Технологията все още е в началните етапи на развитие, казва Крюл. И тъй като изследването се финансира от ВВС на САЩ, най-вероятно ще се използва първо на изтребители, танкове или космически кораби, заедно с устройства, които са трудни за поправяне, като оборудване за подводно сондиране.
Но това е само началото на това, което материалът може да бъде в състояние да направи, казва Крюл.
„Текущата версия е по-скоро като белег, тъй като заздравеният материал не е толкова добър, колкото оригиналният“, казва Крюл. „Нашата цел на дълги разстояния е да разработим истински регенеративен полимер, при който материалът, загубен от повреда, може да бъде заменен с материал със същия състав.“
