Cosa sono i materiali autorigeneranti?

I materiali autorigeneranti sono sostanze in grado di riparare automaticamente crepe strutturali o altri danni, un'abilità che può prolungare notevolmente la vita utile di un prodotto e, in alcuni casi, aiutare a proteggere le persone dai danni. Molti prodotti autoriparanti sono stati ispirati da processi biologici che consentono ai corpi viventi di guarire. Osservando l'attività di guarigione naturale a livello microscopico, gli scienziati hanno sviluppato molteplici metodi per replicare questa capacità benefica nelle sostanze artificiali. Esistono diversi tipi di prodotti autorigeneranti e è possibile utilizzare più approcci per creare questi materiali. Indipendentemente dalla struttura, gli oggetti autoriparanti sono tutti progettati per funzionare senza richiedere l'intervento umano.

Un tipo di prodotto autoriparante è noto come sistema microincapsulato. Questi materiali autorigeneranti sono appositamente progettati per riparare minuscole crepe che si verificano nei polimeri. Questo danno, a volte chiamato "microcracking", può essere causato da usura meccanica o stress termico. I materiali microincapsulati contengono un agente chimico che è formulato per ricostruire e rinforzare la struttura del polimero. Uno strato di resina epossidica contiene queste sostanze chimiche di rinforzo all'interno di piccole tasche e l'agente inizia a diffondersi quando un danno strutturale provoca la rottura delle piccole capsule.

I sistemi microvascolari sono un'altra varietà di materiali autorigeneranti. Come le soluzioni microincapsulate, questo tipo di materiale utilizza un agente curativo che viene mantenuto contenuto fino al momento del bisogno. Invece di essere uniformemente distribuiti su una superficie all'interno di minuscole capsule, tuttavia, i prodotti chimici utili sono collocati in "vene" o canali artificiali che favoriscono la fusione del materiale. Questa struttura simile a una vena consente ai prodotti chimici di essere continuamente pompati in un'area incrinata, il che aiuta a prevenire danni continui.

Un terzo metodo che può essere utilizzato per creare materiali autorigeneranti impiega polimeri meccanochimicamente attivi. Questo approccio è simile al modo in cui le ossa umane iniziano a ripararsi dopo la rottura. Con questo metodo, vengono creati polimeri che contengono gruppi di molecole chiamate "mechanophores". Questi cluster sono naturalmente inclini a connettersi con altre molecole simili. Quando un polimero è influenzato dallo stress, i mechanophores incorporati formano un collegamento strutturale, proprio come due pezzi di elementi di fissaggio in Velcro® che vengono forzati insieme.

I materiali autorigeneranti hanno molte applicazioni pratiche. Gli scienziati hanno sperimentato superfici di veicoli spaziali che sigillano automaticamente rotture pericolose causate da colpi di meteoroidi o detriti spaziali. Anche gli aeroplani possono beneficiare di queste sostanze e possono beneficiare della resistenza alle crepe sulle superfici di controllo. Questi tipi di materiali possono anche essere utilizzati in prodotti simili alla gomma sintetica, al fine di prevenire l'usura e migliorare la durata del battistrada.