Was sind selbstheilende Materialien?
Selbstheilungsmaterialien sind Substanzen, die automatisch strukturelle Risse oder andere Schäden reparieren können, eine Fähigkeit, die die nutzbare Lebensdauer eines Produkts erheblich verlängern kann, und in einigen Fällen helfen Menschen, Menschen vor Schaden zu schützen. Viele selbstreparierende Produkte wurden von biologischen Prozessen inspiriert, die es lebendigen Körper ermöglichen, zu heilen. Durch die Beobachtung der natürlichen Heilungsaktivität auf mikroskopischer Ebene haben Wissenschaftler mehrere Methoden entwickelt, um diese vorteilhafte Fähigkeit in künstlichen Substanzen zu replizieren. Es gibt verschiedene Arten von Selbstheilungsprodukten, und es können mehrere Ansätze verwendet werden, um diese Materialien zu erstellen. Unabhängig von der Struktur sind selbstreparierende Objekte so ausgelegt, dass sie funktionieren, ohne menschliche Eingriffe zu erfordern.
Ein Typ von selbstreparierenden Produkten wird als mikroverkapselter System bezeichnet. Diese Selbstheilungsmaterialien sind speziell entwickelt, um winzige Risse zu reparieren, die in Polymeren auftreten. Dieser Schaden, manchmal als "Mikrorissen" bezeichnet, kann durch Mecha verursacht werdenNICAL Abnutzung oder Wärmespannung. Mikroverkapselte Materialien enthalten ein chemisches Mittel, das zum Wiederaufbau und Verstärkung der Polymerstruktur formuliert wird. Eine Epoxidschicht enthält diese Verstärkungschemikalien in winzigen Taschen, und das Mittel verbreitet sich, wenn sich strukturelle Schäden dazu bringen, die kleinen Kapseln zu zerbrechen.
mikrovaskuläre Systeme sind eine weitere Vielfalt von Selbstheilungsmaterialien. Wie mit mikroverkapselten Lösungen verwendet diese Art von Material ein Heilmittel, das bis zum Bedarf enthalten ist. Anstatt sich in winzigen Kapseln gleichmäßig auf einer Oberfläche auszubreiten, werden die hilfreichen Chemikalien jedoch in künstlichen "Venen" oder Kanäle gelegt, die das Material Waben bringen. Mit dieser venenähnlichen Struktur können Chemikalien kontinuierlich in einen rissigen Bereich gepumpt werden, was dazu beiträgt, anhaltende Schäden zu verhindern.
Eine dritte Methode, mit der selbstheilende Materialien mechanochämisch verwendet werden könneny aktive Polymere. Dieser Ansatz ähnelt der Art und Weise, wie sich menschliche Knochen nach dem Brechen reparieren. Mit dieser Methode werden Polymere erzeugt, die Cluster von Molekülen enthalten, die als "Mechanophoren" rufen. Diese Cluster neigen natürlich dazu, sich mit anderen ähnlichen Molekülen zu verbinden. Wenn ein Polymer durch Spannung beeinflusst wird, bilden die eingebetteten Mechanophore ein strukturelles Glied, ähnlich wie zwei Teile von Klettverschlüssen zusammengezwungen werden.
Selbstheilungsmaterialien haben viele praktische Anwendungen. Wissenschaftler haben mit Raumfahrzeugen experimentiert, die automatisch gefährliche Brüche besiegeln, die durch Meteoroid -Streiks oder Weltraumträger verursacht werden. Flugzeuge können auch von diesen Substanzen profitieren und von der Resistenz gegen Risse auf den Kontrollflächen profitieren. Diese Arten von Materialien können auch in synthetischen gummiähnlichen Produkten verwendet werden, um Verschleiß und Verbesserung der Laufzeit des Profils zu verhindern.