Tipptasemel materjalid, näiteks grafeen - õhuke süsinikuaatom, mille paksus on vaid üks aatom - muutuvad iga päev kergemaks, tugevamaks ja hõlpsamini valmistatavaks, pakkudes uut potentsiaali tööstuste muutmiseks vee magestamisest päikeseelementideks ja haiguste avastamiseks.
Seotud sisu
- Upcyclingu leiutajad avaldasid oma manifesti plastilises raamatus. Miks?
Kuid meie keemilistel materjalidel puudub endiselt üks väga soovitud kvaliteet, mis ilmneb taimede juurtes ja inimese nahas looduslikult: võime ennast ravida.
Urban White'i Illinoisi ülikoolis Scott White'i juhitud meeskond on otsustanud seda muuta, lisades plastikule kunstliku veresoonkonna. Idee on täita materjali pseudoveenid keemiliselt reageerivate vedelikega, nii et plasti rebenemisel saaksid ained kombineeruda ja tahkuda nagu vere hüübimine, kaitstes eset edasiste kahjustuste eest.
Demonstratsioonivideos katsetab meeskond tehnikat plastplokil, pumbates kaks vedelikku läbi eraldi kanalite objekti, enne kui materjali torgata 4-millimeetrise puuriga. Puurihaav tekitas pragusid, mis vabastavad vedelikukanalid, kuid tänu veresoonkonna süsteemile tungisid vedelikud auku ja pragusid, moodustades 20 minutiga paksu geeli, mis peatas kahjustuste leviku. Geel tahkus kolme tunni jooksul, parandades end meeskonna sõnul lõpuks 60% niivõrd tugevana kui algne materjal.
Teadlased kavatsevad tehnoloogia abil kaitsta kõike alates sõjavarustusest kuni ehitusmaterjalideni - säästes potentsiaalselt aega ja tööjõudu hädaolukordades või raskesti ligipääsetavates töökohtades.
Keemiline segamis- ja tahkumisprotsess võib tunduda tuttav kõigile, kes on kunagi riistvara kauplusest ostetud epoksüvaiku kasutanud. Kuid uurimistöö kaasautor Brett Krull väidab, et meeskond on epoksiididest eemaldunud, peamiselt nende aeglase reageerimise aja tõttu.
Ehkki see annab epoksiatega sarnase efekti, aitab uus plastik kahjustusi kiiremini parandada, ütles Krull.
Põhiline erinevus:
"Me kavandasime oma süsteemi läbima kaks erinevat üleminekut, " arvestades, et epoksüvaik toimib erinevalt, ütles Krull. "Kaks keemilist reaktsiooni algavad kohe, kui segunemine toimub, kuid need toimuvad palju erineval ajal."
Krull väidab, et esimene reaktsioon muudab segu 30 sekundi jooksul pehmeks geeliks. See hoiab kemikaale kahjustunud piirkonnas paigal, võimaldades samal ajal auku või pragusse rohkem vedelikke juhtida, kuni need on täidetud. Teine reaktsioon, mis muudab kemikaalid tahkeks, toimub pärast seda kiirusega, mida saab juhtida kemikaalide koostise ja kontsentratsiooni muutmisega.
"Meie keemia ei lähene loodusliku süsteemi keerukusele, " ütleb Krull, "kuid oleme kavandanud süsteemi, mis reageerib kahjustustele ajast sõltuvalt."
White ja tema meeskond on varem näidanud võimet ravida mikroskoopilisi pragusid erineval viisil, kasutades epoksü- ja manustatud mikrosfääre. Kuid uus vaskulaarne lähenemisviis võimaldab remonti palju suuremas mahus. Seda tehnikat saab kasutada näiteks veealuse külviku küljes asuva gaasi parandamiseks või meteooriga kokkupõrgetes oleva kosmoselaeva postiljoni parandamiseks.
Teadlastel on endiselt raskusi, kuna nad arendavad edasi isekuulavaid materjale, sealhulgas kuidas suurendada materjali (antud juhul plastik) veresoonte võrkude tõhusust, vähendamata selle tugevust või jõudlust märkimisväärselt. Samuti soovib meeskond anda materjalile võimaluse terveks saada mitmest "haavast" aja jooksul.
Kemikaale tuleb tõenäoliselt kohandada ka suuremate kahjustuste korral. New Scientisti sõnul põhjustasid materjali augud, mis olid suuremad kui 8 mm, kemikaalide sagimist. Meeskond arvab, et vedeliku asemel vahu kasutamine kanalites võimaldab materjalil paraneda suurematel aladel, ehkki teadlased peavad seda võimalust veel katsetama.
Krull ütleb, et nad vaatavad ka selle, et materjal oleks efektiivne erinevates keskkondades, näiteks äärmuslikel temperatuuridel, vee all või kosmoses. (Siiani on katseid tehtud peamiselt laboris).
Ehkki tehnoloogia võib ühel päeval jõuda tarbekaupadeni, ärge lootke, et need iseparanevad materjalid parandavad võluväel teie iPhone'i või auto põrkeraua tagakülge. Tehnoloogia on alles arenguetapis, ütles Krull. Ja kuna uuringuid rahastab USA õhujõud, kasutatakse seda tõenäoliselt kõigepealt hävituslennukites, tankides või kosmoselaevadel koos raskesti parandatavate seadmetega, nagu veealused puurimisseadmed.
Kuid see on alles algus sellest, mida materjal võib-olla suudab teha, nendib Krull.
"Praegune versioon sarnaneb pigem armiga, kuna paranenud materjal pole päris nii hea kui originaal, " räägib Krull. "Meie pikamaa eesmärk on välja töötada tõeliselt taastav polümeer, kus kahjustuse tagajärjel kadunud materjal saaks asendada sama koostisega materjaliga."
