Sửa chữa nhựa mới

Vật liệu polymer phát triển và đóng vết thương như mô sống

Một khái niệm mới lạ làm cho nhựa tự sửa chữa © Steve Drake, Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Beckman
đọc to

Giống như một mô sống: Các nhà nghiên cứu Mỹ đã phát triển một vật liệu nhựa có thể tự sửa chữa. Nếu nó bị thương, các mao mạch nhỏ sẽ giải phóng một loại gel lấp đầy và làm cứng lỗ. Lần đầu tiên có một vật liệu tổng hợp có thể hình thành mô mới giống như một sinh vật sống, theo các nhà nghiên cứu trong tạp chí "Science". Theo nguyên tắc này, các thành phần tự sửa chữa có thể được sản xuất trong tương lai từ cản xe cho đến các thành phần của tàu vũ trụ.

Một khái niệm mới lạ làm cho nhựa tự sửa chữa © Steve Drake, Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Beckman

Thoạt nhìn, tấm nhựa dày, mịn trên băng ghế thí nghiệm tại Đại học Illinois ở Urbana-Champaign trông hoàn toàn bình thường. Nhưng những gì bạn không nhìn thấy: Chỉ vài giờ trước, một viên đạn xé một lỗ hơn mười centimet vào giấy bạc. Nhưng nhựa đã tự sửa chữa thiệt hại này - đơn giản là nhựa mới đã phát triển thành khoảng trống. "Lần đầu tiên, chúng tôi đã chỉ ra rằng một loại polymer cấu trúc có thể tái tạo vật liệu bị mất", tác giả chính Scott White nói. "Vật liệu thực sự có thể phát triển."

Cho đến nay, điều này là không thể ngay cả với cái gọi là nhựa tự phục hồi. Mặc dù các polyme này có thể đóng các vết nứt nhỏ bằng kính hiển vi bằng cách được kích hoạt bởi dòng điện hoặc nhiệt, tạo thành cầu nối phân tử mới. Tuy nhiên, các khuyết tật lớn, trong đó toàn bộ các phần của ma trận nhựa bị mất và cần phải được thay thế, không thể được chữa khỏi.

Gel hai thành phần như một chất độn

Tuy nhiên, White và các đồng nghiệp của mình hiện đã phát triển một kỹ thuật cho phép hình thức tái sinh tự trị này. Bí mật đằng sau bộ phim tự phát triển của họ: Được nhúng trong ma trận polymer là các mao quản nhỏ chứa đầy hai hóa chất lỏng khác nhau. Nếu hệ thống này bị hỏng, chất lỏng sẽ rò rỉ và chảy vào vùng bị hư hỏng. Ở đó, họ trộn và bắt đầu một phản ứng hóa học biến chúng thành dạng gel - tương tự như chất kết dính hai thành phần cứng lại khi trộn. Đồng thời ngày càng nhiều dòng chất lỏng.

"Các vật liệu gel dần dần phát triển vào bên trong và toàn bộ khu vực thiệt hại được lấp đầy bởi quá trình rò rỉ và hóa rắn này", các nhà nghiên cứu giải thích. Bởi vì gel tạo thành một khung ổn định, thậm chí các lỗ lớn hơn có thể được bắc cầu mà không cần vật liệu nhỏ giọt xuống. Khi sửa chữa hoàn tất, gel tiếp tục đông cứng và trở thành một loại polymer rắn làm cho lỗ ổn định như phần còn lại của nhựa. Trong vòng ba giờ, thiệt hại đã được sửa chữa. trưng bày

Chuỗi hình ảnh này cho thấy lỗ trong nhựa tăng dần. Nathan Bajandas

Thích nghi với các loại nhựa khác nhau

"Chúng tôi đã chứng minh rằng một vật liệu tổng hợp không sống, có thể sửa chữa theo cách tương tự như mô tái sinh trong sinh vật", đồng tác giả Jeffry Moore nói. Ưu điểm lớn của quy trình mới: Các mao mạch nhỏ, giống như các mạch trong cơ thể, mang các khối xây dựng cho vật liệu thay thế đến khu vực bị hư hại. Điều này có thể gây ra thiệt hại lớn hơn và thậm chí nhiều vết thương có thể được chữa khỏi, các nhà nghiên cứu nói.

Trong các thí nghiệm của họ, các lỗ có đường kính lên tới 3, 5 cm tự sửa chữa, nhựa thay thế chỉ dày và gần như ổn định như vật liệu ban đầu, như White và các đồng nghiệp đã báo cáo. Ngoài ra, các thuộc tính của gel có thể được điều chỉnh phù hợp với nhựa tương ứng và với thiệt hại dự kiến, tùy thuộc vào vật liệu nó cứng nhanh hơn hoặc chậm hơn.

Sử dụng trong các thành phần của tất cả các loại

Theo các nhà nghiên cứu, nhựa tự sửa chữa như vậy có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào mà việc thay thế hoặc sửa chữa là khó khăn, ví dụ như trong ngành hàng không vũ trụ. Nhưng ngay cả những đồ vật hàng ngày như cản xe ô tô cũng có thể được hưởng lợi từ công nghệ này: Sau một tai nạn, chiếc gậy sẽ dễ dàng tự sửa chữa trong một thời gian ngắn.

Cho đến nay, White và các đồng nghiệp đã thử phương pháp của họ với các polyme từ hai loại nhựa thương mại chính. Bây giờ họ muốn phát triển nhiều viên gạch màu vàng hơn, để làm cho các loại nhựa khác tự phục hồi. (Khoa học, 2014; đổi: 10.1126 / khoa học.1251135)

(Đại học Illinois / Khoa học, ngày 9 tháng 5 năm 2014 - NPO)