Jakie są materiały samoleczące?

Materiały samonaprawiające się to substancje, które są w stanie automatycznie naprawiać pęknięcia strukturalne lub inne uszkodzenia, zdolność, która może znacznie przedłużyć żywotność produktu, aw niektórych przypadkach pomaga chronić ludzi przed krzywdą. Wiele samonaprawiających się produktów zostało zainspirowanych procesami biologicznymi, które pozwalają leczyć żywe ciała. Obserwując naturalne działanie lecznicze na poziomie mikroskopowym, naukowcy opracowali wiele metod w celu odtworzenia tej korzystnej zdolności w substancjach wytworzonych przez człowieka. Istnieje kilka różnych rodzajów samoleczących się produktów, a do tworzenia tych materiałów można zastosować wiele metod. Niezależnie od konstrukcji wszystkie samonaprawiające się obiekty są zaprojektowane tak, aby funkcjonowały bez interwencji człowieka.

Jeden rodzaj samonaprawiającego się produktu jest znany jako system mikrokapsułkowany. Te samonaprawiające się materiały są specjalnie zaprojektowane do naprawiania drobnych pęknięć, które występują w polimerach. Uszkodzenie to, zwane czasem „mikropękaniem”, może być spowodowane zużyciem mechanicznym lub obciążeniem termicznym. Materiały mikrokapsułkowane zawierają środek chemiczny opracowany w celu odbudowy i wzmocnienia struktury polimeru. Warstwa epoksydowa zawiera te wzmacniające chemikalia w małych kieszonkach, a środek zaczyna się rozprzestrzeniać, gdy uszkodzenie strukturalne powoduje pęknięcie małych kapsułek.

Układy mikronaczyniowe to kolejna odmiana materiałów samonaprawiających się. Podobnie jak w przypadku roztworów mikrokapsułkowanych, ten rodzaj materiału wykorzystuje środek leczniczy, który jest przechowywany w nim aż do momentu użycia. Jednak zamiast równomiernie rozprowadzać się po powierzchni w małych kapsułkach, pomocne chemikalia są umieszczane w sztucznych „żyłach” lub kanałach, które tworzą plastry miodu. Ta struktura przypominająca żyłę pozwala na ciągłe pompowanie chemikaliów w pęknięty obszar, co pomaga zapobiegać ciągłym uszkodzeniom.

Trzeci sposób, który można zastosować do wytworzenia samonaprawiających się materiałów, wykorzystuje mechanochemicznie aktywne polimery. To podejście jest podobne do sposobu, w jaki ludzkie kości zaczynają się naprawiać po rozbiciu. Dzięki tej metodzie powstają polimery, które zawierają skupiska cząsteczek nazywane „mechanoforami”. Klastry te są naturalnie podatne na łączenie się z innymi podobnymi cząsteczkami. Gdy na polimer uderzają naprężenia, zatopione mechanofory tworzą połączenie strukturalne, podobnie jak dwa kawałki zapięć Velcro®, które są ze sobą połączone.

Materiały samonaprawiające mają wiele praktycznych zastosowań. Naukowcy eksperymentowali z powierzchniami statków kosmicznych, które automatycznie uszczelniają niebezpieczne pęknięcia spowodowane uderzeniami meteoroidów lub odpadkami kosmicznymi. Samoloty mogą również korzystać z tych substancji i mogą korzystać z odporności na pęknięcia na powierzchniach kontrolnych. Tego rodzaju materiały można również stosować w produktach podobnych do kauczuku syntetycznego, aby zapobiec zużyciu i poprawić trwałość bieżnika.