Špičkové materiály, jako je grafen - tenká vrstva uhlíku o tloušťce jednoho atomu - se každý den stávají lehčí, silnější a snáze produkovatelné, což nabízí nový potenciál pro transformaci průmyslových odvětví od odsolování vody na solární články a detekce nemocí.
Související obsah
- Vynálezci upcycling publikovali svůj manifest v plastové knize. Proč?
Ale v našich umělých materiálech stále chybí jedna velmi žádaná kvalita, která se přirozeně vyskytuje v kořenech rostlin a lidské kůže: schopnost se uzdravit.
Tým vedený Scottem na University of Illinois v Urbana-Champaign se rozhodl to změnit přidáním umělého vaskulárního systému do plastu. Záměrem je naplnit pseudo-žíly materiálu chemicky reaktivními tekutinami, takže když se trhá plast, mohou se látky kombinovat a tuhnout jako krevní sraženina, čímž chrání předmět před dalším poškozením.
V demonstračním videu tým testuje techniku na plastovém bloku a čerpá dvě tekutiny skrz oddělené kanály do předmětu před propíchnutím materiálu pomocí 4 milimetrového vrtáku. Vrtná rána vytvořila trhliny, které uvolnily tekutinové kanály, ale díky vaskulárnímu systému tekutiny vytékaly do díry a trhliny, za 20 minut vytvořily hustý gel, který zastavil šíření poškození. Gél ztuhnul během tří hodin a nakonec se podle týmu opravil, aby byl asi 60 procent stejně silný jako původní materiál.
Vědci předpokládají použití této technologie k ochraně všeho od vojenského vybavení po stavební materiály - potenciálně šetří čas a pracovní sílu v nouzových situacích nebo na těžko přístupných pracovištích.
Proces míchání a tuhnutí chemikálií může znít dobře každému, kdo kdy použil epoxidovou pryskyřici zakoupenou v železářství. Brett Krull, co-autor výzkumu, říká, že tým se vzdálil od epoxidů, hlavně kvůli jejich pomalým reakčním dobám.
Ačkoli to způsobuje podobný účinek jako epoxidové pryskyřice, nový plast pomáhá opravit poškození musí být rychlejší, říká Krull.
Zásadní rozdíl:
„Navrhli jsme náš systém, aby prošel dvěma různými přechody, “ zatímco epoxidová pryskyřice funguje jinak, říká Krull. "Dvě chemické reakce se zahajují, jakmile dojde ke smíchání, ale vyskytují se v mnohem různých časových řadách."
Krull říká, že první reakce změní směs na měkký gel během 30 sekund. To udržuje chemikálie na místě uvnitř poškozené oblasti a přitom umožňuje dodávání více tekutin do díry nebo trhliny, dokud není naplněna. Druhá reakce, která přeměňuje chemikálie na pevnou látku, nastává později, rychlostí, která může být řízena změnou složení a koncentrací chemických látek.
"Naše chemie se nepřibližuje ke složitosti přírodního systému, " říká Krull, "ale vyvinuli jsme systém s časově závislou reakcí na poškození."
White a jeho tým v minulosti demonstrovali schopnost léčit mikroskopické trhliny jiným způsobem pomocí epoxidu a zabudovaných mikrokuliček. Nový cévní přístup však umožňuje opravu v mnohem větším měřítku. Tuto techniku lze použít například k opravě rány na straně podvodního vrtu nebo u značky na kosmické lodi, která se srazí s meteorem.
Vědci stále čelí výzvám, protože pokračují ve vývoji samoobslužných materiálů, včetně toho, jak zvýšit účinnost cévních sítí v materiálu (v tomto případě plastu), aniž by se významně snížila jeho síla nebo výkon. Tým také chce dát materiálu schopnost léčit se z více „ran“ v průběhu času.
Chemikálie bude také pravděpodobně nutné upravit tak, aby zvládly větší oblasti poškození. Podle New Scientist, díry v materiálu, které byly větší než 8 mm, způsobily pokles chemikálií. Tým si myslí, že použití pěny v kanálech místo tekutiny umožní materiálu léčit větší oblasti, i když vědci tuto možnost ještě vyzkoušeli.
Krull říká, že se také bude snažit, aby byl materiál účinný v různých prostředích, jako jsou extrémní teploty, pod vodou nebo ve vesmíru. (Dosud bylo testování primárně provedeno v laboratoři).
I když se tato technologie může jednoho dne prosadit na spotřebitelských produktech, neočekávejte, že tyto samoléčivé materiály magicky opraví zadní stranu vašeho iPhone nebo nárazníku vašeho auta. Tato technologie je stále v počátečních fázích vývoje, říká Krull. A protože výzkum je financován americkým letectvem, je pravděpodobné, že bude použit nejprve na stíhacích letounech, tancích nebo kosmických lodích, spolu se zařízeními, která se obtížně opravují, jako jsou podvodní vrtací zařízení.
Ale to je jen začátek toho, co by materiál mohl udělat, říká Krull.
"Současná verze je spíše jako jizva, protože zahojený materiál není tak dobrý jako originál, " říká Krull. "Naším cílem na dlouhou vzdálenost je vyvinout skutečně regenerativní polymer, kde materiál ztracený v důsledku poškození může být nahrazen materiálem stejného složení."
