211service.com
Kunststof dat zichzelf geneest
Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign (UIUC) hebben een polymeermateriaal gemaakt dat zichzelf herhaaldelijk kan genezen als het barst. Het is een belangrijke stap vooruit in de richting van zelfherstellende medische implantaten en zelfherstellende materialen voor gebruik in vliegtuigen en ruimtevaartuigen. Het kan ook worden gebruikt voor het koelen van microprocessors en elektronische circuits, en het kan de weg vrijmaken voor plastic coatings die zichzelf regenereren.
Zelfgenezer: Gemodelleerd naar de menselijke huid, is een nieuw materiaal dat zichzelf meerdere keren geneest, gemaakt van twee lagen. De polymeercoating bovenop bevat kleine stukjes katalysator die overal verspreid zijn. Het substraat bevat een netwerk van microkanalen die een vloeibaar geneesmiddel dragen. Wanneer de coating barst, verspreiden de scheuren zich naar beneden en bereiken ze de onderliggende kanalen, die genezend middel uitsijpelen. Het middel vermengt zich met de katalysator en vormt een polymeer dat de scheuren opvult.
Het eerste zelfherstellende materiaal werd zes jaar geleden door de UIUC-onderzoekers gerapporteerd en andere onderzoeksgroepen hebben sindsdien verschillende versies van dergelijke materialen gemaakt, waaronder polymeren die zichzelf herhaaldelijk herstellen wanneer ze worden blootgesteld aan hitte of druk. Maar dit is de eerste keer dat iemand een materiaal heeft gemaakt dat zichzelf meerdere keren kan repareren zonder tussenkomst van buitenaf, zegt Nancy sotto's , professor materiaalwetenschappen en techniek aan de UIUC en een van de onderzoekers die het werk leidden.
Het is in wezen alsof je een plastic leven geeft, zegt Chris Bielawski , een professor scheikunde aan de Universiteit van Texas in Austin. Het uiteindelijke doel zou zijn om materialen te maken die zichzelf herstellen, zegt hij, en dit is een geweldige proof of concept.
Sottos en haar collega's hebben het nieuwe materiaal ontworpen, gerapporteerd in de Natuurmaterialen , om de menselijke huid na te bootsen. Als de buitenste beschermende laag van de huid wordt doorgesneden, snelt de binnenste laag, die is doordrenkt met een dicht netwerk van kleine bloedvaten, voedingsstoffen naar de snee om te helpen bij genezing. Het zelfherstellende materiaal bestaat uit een epoxypolymeerlaag die is afgezet op een substraat dat een driedimensionaal netwerk van microkanalen bevat. De epoxycoating bevat minuscule katalysatordeeltjes, terwijl de kanaaltjes in het substraat gevuld zijn met een vloeibaar genezingsmiddel.
Om het materiaal te testen, buigen de onderzoekers het en breken de polymeercoating. De scheur verspreidt zich naar beneden door de coating en bereikt het onderliggende microkanaal. Dit zorgt ervoor dat het genezende middel door de kanalen en in de spleet zwiept, zegt Sottos. Daar komt het in contact met de katalysator en in ongeveer 10 uur wordt het een polymeer en vult het de scheur. Het systeem heeft geen externe druk nodig om het helende middel in de scheur te duwen. In plaats daarvan beweegt de vloeistof door de nauwe kanalen, net zoals water door een rietje omhoog beweegt.
De onderzoekers zijn in staat om het oppervlak maar liefst zeven keer te kraken en te herstellen voordat de katalysator verslijt en stopt met werken. De volgende generatie van het zelfherstellende materiaal zou zichzelf volgens de onderzoekers nog vele malen moeten kunnen genezen. Sottos en haar collega's ontwerpen het zo dat het een tweedelig systeem zal hebben dat zowel een genezend middel als een katalysator in de scheur injecteert.
De onderzoekers zouden ook het herstelvermogen van het materiaal kunnen vergroten door het microkanaalnetwerk aan te sluiten op een klein reservoir, zegt Sottos. Als het materiaal geen genezend middel of katalysator meer heeft, kan het reservoir meer naar binnen pompen.
Het microkanaalontwerp van het materiaal zou een oplossing kunnen zijn voor het toenemende probleem van warmteophoping in micro-elektronicachips. Doorgaans zitten micro-elektronische circuitchips op substraten die zijn ontworpen om warmte weg te leiden van het circuit. Deze warmteregelaars hebben hun beperkingen. In plaats daarvan, zegt Sottos, zou je een koelvloeistof door een [microkanaal] netwerk kunnen sturen als een kleine mini-warmtewisselaar.
Sottos zegt dat onderzoekers hetzelfde ontwerp zouden kunnen gebruiken met andere hars- en katalysatorcombinaties die verschillende polymeren kunnen vormen. Dit opent de deur voor vele andere toepassingen. Hoewel praktische zelfherstellende materialen misschien nog jaren verwijderd zijn, is het gemakkelijk voor te stellen dat ze worden toegepast in protheses en medische implantaten gemaakt van biocompatibele zelfherstellende materialen. De kosten van de materialen kunnen ze, althans aanvankelijk, beperkt houden tot bepaalde hoogwaardige, hoogwaardige toepassingen zoals gebruik in lucht- en ruimtevaartuigen, zegt Ian Bond , lucht- en ruimtevaarttechniek professor aan de Universiteit van Bristol, in het Verenigd Koninkrijk.
Volgens Bielawski kunnen in de toekomst verschillende chemieën leiden tot goedkopere zelfherstellende materialen. Je zou goedkope epoxy's kunnen gebruiken ... die je bij Home Depot kunt kopen ... als genezend middel, zegt hij.