Vrhunski materiali, kot je grafen - tanka plošča ogljika debeline le enega atoma - so vsak dan lažji, močnejši in enostavnejši, kar ponuja nove možnosti za preoblikovanje industrije od razsoljevanja vode do sončnih celic in odkrivanja bolezni.
Sorodne vsebine
- Izumitelji upcikliranja so svoj manifest objavili v plastični knjigi. Zakaj?
Toda našim umetnim materialom še vedno primanjkuje ene zelo želene kakovosti, ki se naravno pojavlja v koreninah rastlin in človeške kože: sposobnost, da se sami zdravijo.
Ekipa, ki jo je vodil Scott White z univerze v Illinoisu v Urbani-Champaign, je to nameravala spremeniti z dodajanjem umetnega žilnega sistema plastiki. Ideja je, da se psevdožilni material napolni s kemično reaktivnimi tekočinami, tako da se snovi, ko se plastika raztrga, lahko združijo in strdijo kot strjevanje krvi in zaščitijo objekt pred nadaljnjo škodo.
V demonstracijskem videoposnetku ekipa preizkusi tehniko na plastičnem bloku, nato pa skozi tekočino v objekt vbrizga dve tekočini, preden material prebije s 4-milimetrskim vrtalnikom. Vrtalna rana je ustvarila razpoke, ki so sproščale tekoče kanale, toda po zaslugi žilnega sistema se je tekočina izluščila v luknjo in se v 20 minutah oblikovala debel gel, ki je preprečil, da bi se škoda širila. Po trditvah ekipe se je gel strjeval v treh urah in se sčasoma popravil, da je približno 60 odstotkov močan kot originalni material.
Raziskovalci predvidevajo, da s tehnologijo zaščitijo vse od vojaške opreme do gradbenih materialov - kar lahko prihrani čas in delovno silo v izrednih razmerah ali na težko dostopnih delovnih mestih.
Postopek kemičnega mešanja in strjevanja se lahko sliši vsem, ki so kdaj uporabljali epoksi smolo, kupljeno v strojni trgovini. Toda Brett Krull, soavtor raziskave, pravi, da se je ekipa oddaljila od epoksij, predvsem zaradi njihovega počasnega reakcijskega časa.
Kljub temu, da daje učinek, podoben epoksijam, nova plastika pomaga popraviti škodo, mora hitreje, pravi Krull.
Temeljna razlika:
"Naš sistem smo zasnovali tako, da je bil podvržen dvema različnima prehodoma, " medtem ko epoksidna smola deluje drugače, pravi Krull. "Takoj, ko pride do mešanja, se začneta dve kemični reakciji, vendar se zgodita na veliko različnih časovnih lestvicah."
Krull pravi, da prva reakcija mešanico v 30 sekundah spremeni v mehak gel. To ohranja kemikalije na poškodovanem območju, hkrati pa omogoča dovajanje več tekočine v luknjo ali razpoko, dokler se ne napolni. Druga reakcija, ki pretvori kemikalije v trdno snov, se zgodi pozneje, s hitrostjo, ki jo je mogoče nadzorovati s spremembo sestave in koncentracij kemikalij.
"Naša kemija se ne približuje zapletenosti naravnega sistema, " pravi Krull, "vendar smo zasnovali sistem s časovno odvisnim odzivom na škodo."
White in njegova ekipa so v preteklosti pokazali sposobnost zdravljenja mikroskopskih razpok na drugačen način z uporabo epoksi in vgrajenih mikrosfer. Toda nov žilni pristop omogoča popravilo v veliko večjem obsegu. Tehniko bi lahko uporabili na primer za popravilo vrtanja na strani podvodnega vrtalnika ali zaznamek na vesoljskem plovilu, ki trči v meteor.
Raziskovalci se še vedno srečujejo z izzivi, ko nadaljujejo z razvojem materialov za samosluh, vključno s tem, kako povečati učinkovitost žilnih mrež v materialu (v tem primeru plastika), ne da bi znatno zmanjšali njegovo moč ali zmogljivost. Ekipa prav tako želi materialu dati možnost, da se sčasoma zaceli od več "ran".
Kemikalije bo verjetno treba prilagoditi tudi za večjo škodo. Po poročanju New Scientist so luknje v materialu, ki so bile večje od 8 mm, povzročile, da so se kemikalije zgrudile. Ekipa meni, da bo uporaba pene v kanalih namesto tekočine omogočila materialu, da zdravi večje površine, čeprav raziskovalci te možnosti še niso preizkusili.
Krull pravi, da bodo skušali uporabiti material v različnih okoljih, kot so ekstremne temperature, pod vodo ali v vesolju. (Do zdaj je testiranje potekalo predvsem v laboratoriju).
Čeprav se tehnologija nekega dne lahko potrudi do potrošniških izdelkov, ne pričakujte, da bodo ti samozdravilni materiali čarobno popravili zadnjo stran vašega iPhone-a ali odbijača vašega avtomobila. Tehnologija je še vedno v zgodnjih fazah razvoja, pravi Krull. In ker raziskave financira ameriško zrakoplovstvo, bo verjetno najprej uporabljeno na lovskih letalih, tankih ali vesoljskih plovilih, skupaj z napravami, ki jih je težko popraviti, kot je na primer oprema za podvodno vrtanje.
Toda to je šele začetek tega, kar lahko gradivo naredi, pravi Krull.
"Trenutna različica je bolj kot brazgotina, saj ozdravljeni material ni tako dober kot izvirnik, " pravi Krull. "Naš cilj na dolge razdalje je razviti resnično regenerativni polimer, pri katerem material, izgubljen zaradi poškodbe, lahko nadomestimo z materialom iste sestave."
