Wat zijn zelfhelende materialen?
Zelfherstellende materialen zijn stoffen die in staat zijn automatisch structurele scheuren of andere schade te herstellen, een vermogen dat de bruikbare levensduur van een product aanzienlijk kan verlengen en in sommige gevallen helpt om mensen tegen schade te beschermen. Veel zelfherstellende producten zijn geïnspireerd door biologische processen waarmee levende lichamen kunnen genezen. Door de natuurlijke genezingsactiviteit op microscopisch niveau te observeren, hebben wetenschappers meerdere methoden ontwikkeld om dit gunstige vermogen in door de mens gemaakte stoffen te repliceren. Er zijn verschillende soorten zelfherstellende producten en meerdere benaderingen kunnen worden gebruikt om deze materialen te maken. Ongeacht de structuur zijn zelfherstellende objecten allemaal ontworpen om te functioneren zonder menselijke tussenkomst.
Eén type zelfherstellend product staat bekend als een micro-ingekapseld systeem. Deze zelfherstellende materialen zijn specifiek ontwikkeld om minuscule barsten in polymeren op te lossen. Deze schade, soms "microscheuren" genoemd, kan worden veroorzaakt door mechanische slijtage of thermische stress. Micro-ingekapselde materialen bevatten een chemisch middel dat is geformuleerd om de polymeerstructuur opnieuw op te bouwen en te versterken. Een laag epoxy bevat deze versterkende chemicaliën in kleine zakjes en het middel begint zich te verspreiden wanneer structurele schade ervoor zorgt dat de kleine capsules scheuren.
Microvasculaire systemen zijn een andere verscheidenheid aan zelfherstellende materialen. Net als micro-ingekapselde oplossingen, maakt dit type materiaal gebruik van een genezingsmiddel dat tot het nodig wordt bewaard. In plaats van uniform verspreid te zijn over een oppervlak in kleine capsules, worden de nuttige chemicaliën echter in kunstmatige "aderen" of kanalen geplaatst die het materiaal honingraatvormig zijn. Door deze aderachtige structuur kunnen chemicaliën continu in een gebarsten gebied worden gepompt, wat voortdurende schade helpt voorkomen.
Een derde methode die kan worden gebruikt om zelfherstellende materialen te maken, maakt gebruik van mechanochemisch actieve polymeren. Deze benadering is vergelijkbaar met de manier waarop menselijke botten zichzelf beginnen te repareren na het breken. Met deze methode worden polymeren gemaakt die clusters van moleculen bevatten die "mechanoforen" worden genoemd. Deze clusters zijn van nature gevoelig voor verbinding met andere vergelijkbare moleculen. Wanneer een polymeer door stress wordt beïnvloed, vormen de ingebedde mechanoforen een structurele schakel, net zoals twee stukken klittenband die worden samengedrukt.
Zelfherstellende materialen hebben veel praktische toepassingen. Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met oppervlakken van ruimtevaartuigen die automatisch gevaarlijke breuken afdichten die worden veroorzaakt door meteoroidaanvallen of ruimteafval. Vliegtuigen kunnen ook profiteren van deze stoffen en kunnen profiteren van de weerstand tegen scheuren op de besturingsoppervlakken. Dit soort materialen kan ook worden gebruikt in synthetische rubberachtige producten om slijtage te voorkomen en de levensduur van het loopvlak te verbeteren.