Τα υλικά αιχμής, όπως το γραφένιο - ένα λεπτό φύλλο άνθρακα με πάχος μόνο ενός ατόμου, γίνονται ελαφρύτερα, ισχυρότερα και ευκολότερα παράγονται καθημερινά, προσφέροντας νέες δυνατότητες μετατροπής των βιομηχανιών από αφαλάτωση σε ηλιακά κύτταρα και ανίχνευση ασθενειών.
σχετικό περιεχόμενο
- Οι εφευρέτες της Upcycling δημοσίευσαν το μανιφέστο τους σε ένα πλαστικό βιβλίο. Γιατί;
Αλλά τα ανθρωπογενή υλικά μας εξακολουθούν να στερούνται μιας πολύ επιθυμητής ποιότητας που απαντάται φυσικά στις ρίζες των φυτών και του ανθρώπινου δέρματος: την ικανότητα να θεραπεύονται.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον Scott White στο Πανεπιστήμιο του Illinois στην Urbana-Champaign έχει αποφασίσει να το αλλάξει προσθέτοντας ένα τεχνητό αγγειακό σύστημα στο πλαστικό. Η ιδέα είναι να γεμίζονται οι ψευδοφλέβες του υλικού με χημικά αντιδραστικά υγρά, έτσι ώστε όταν το πλαστικό διαρρηγνύεται, οι ουσίες μπορούν να συνδυαστούν και να στερεοποιηθούν όπως το αίμα πήξης, προστατεύοντας το αντικείμενο από περαιτέρω βλάβες.
Σε ένα βίντεο επίδειξης, η ομάδα δοκιμάζει την τεχνική σε ένα πλαστικό μπλοκ, αντλώντας δύο υγρά διαμέσου ξεχωριστών καναλιών στο αντικείμενο πριν τρυπήσει το υλικό με ένα τρυπάνι 4 χιλιοστών. Το τραύμα του τρυπανιού δημιούργησε ρωγμές που απελευθέρωσαν τα κανάλια υγρών, αλλά χάρη στο αγγειακό σύστημα, τα υγρά έπεσαν στην οπή και οι ρωγμές, σε 20 λεπτά σχηματίζοντας μια παχιά γέλη που σταμάτησε τη βλάβη από την εξάπλωση. Η γέλη στερεοποιήθηκε σε διάστημα τριών ωρών, τελικά η επισκευή της να είναι περίπου 60 τοις εκατό τόσο ισχυρή όσο το αρχικό υλικό, σύμφωνα με την ομάδα.
Οι ερευνητές προβλέπουν τη χρήση της τεχνολογίας για να προστατεύσουν τα πάντα από τον στρατιωτικό εξοπλισμό έως τα δομικά υλικά - εξοικονομώντας έτσι χρόνο και ανθρώπινο δυναμικό σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης ή σε δύσκολα προσβάσιμα εργοτάξια.
Η διαδικασία χημικής ανάμειξης και στερεοποίησης μπορεί να ακούγεται οικεία σε οποιονδήποτε έχει χρησιμοποιήσει ποτέ εποξειδική ρητίνη που αγοράζεται από ένα κατάστημα υλικού. Όμως, ο Brett Krull, συν-συγγραφέας της έρευνας, λέει ότι η ομάδα έχει απομακρυνθεί από εποξικά, κυρίως λόγω των αργών χρόνων αντίδρασης.
Παρόλο που παράγει ένα εφέ παρόμοιο με εποξικά, το νέο πλαστικό βοηθά στην αποκατάσταση των ζημιών, πρέπει να γίνει πιο γρήγορα, λέει ο Krull.
Η θεμελιώδης διαφορά:
"Σχεδιάσαμε το σύστημά μας να υποβληθεί σε δύο διαφορετικές μεταβάσεις", ενώ η εποξική ρητίνη λειτουργεί διαφορετικά, λέει ο Krull. "Δύο χημικές αντιδράσεις αρχίζουν μόλις συμβαίνει η ανάμιξη, αλλά εμφανίζονται σε πολύ διαφορετικά χρονικά διαστήματα."
Ο Krull λέει ότι η πρώτη αντίδραση μετατρέπει το μείγμα σε ένα μαλακό πήγμα μέσα σε 30 δευτερόλεπτα. Αυτό διατηρεί τα χημικά στη θέση τους μέσα στην κατεστραμμένη περιοχή, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει την παροχή περισσότερων υγρών στην οπή ή τη ρωγμή μέχρι να γεμίσει. Η δεύτερη αντίδραση, η οποία μετατρέπει τις χημικές ουσίες σε στερεό, συμβαίνει μετά, με ρυθμό που μπορεί να ελεγχθεί με αλλαγή της σύνθεσης και των συγκεντρώσεων των χημικών ουσιών.
"Η χημεία μας δεν προσεγγίζει την πολυπλοκότητα ενός φυσικού συστήματος", λέει ο Krull, "αλλά σχεδιάσαμε ένα σύστημα με μια εξαρτώμενη από το χρόνο απάντηση σε ζημιές".
Ο Λευκός και η ομάδα του έχουν επιδείξει την ικανότητα να θεραπεύουν μικροσκοπικές ρωγμές με διαφορετικό τρόπο στο παρελθόν, χρησιμοποιώντας εποξειδικές και ενσωματωμένες μικροσφαίρες. Αλλά η νέα αγγειακή προσέγγιση επιτρέπει την επισκευή σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα. Η τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την επιδιόρθωση μιας φούσκας στην πλευρά ενός υποβρύχιου τρυπανιού, για παράδειγμα, ή ενός πιλότου σε ένα διαστημόπλοιο που συγκρούεται με ένα μετεωρίτη.
Οι ερευνητές εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις καθώς συνεχίζουν να αναπτύσσουν τα αυτοακουστικά υλικά, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου αύξησης της αποτελεσματικότητας των αγγειακών δικτύων στο υλικό (πλαστικό σε αυτή την περίπτωση) χωρίς να μειώνει σημαντικά τη δύναμη ή την απόδοση του. Η ομάδα θέλει επίσης να δώσει στο υλικό τη δυνατότητα να θεραπεύει από πολλαπλές "πληγές" με την πάροδο του χρόνου.
Οι χημικές ουσίες θα πρέπει επίσης να προσαρμοστούν ώστε να χειρίζονται μεγαλύτερες περιοχές ζημιών. Σύμφωνα με τον New Scientist, τρύπες στο υλικό που ήταν μεγαλύτερες από 8 mm προκάλεσαν τη διαφυγή των χημικών ουσιών. Η ομάδα πιστεύει ότι χρησιμοποιώντας αφρό στα κανάλια αντί για υγρό θα επιτρέψει στο υλικό να θεραπεύσει μεγαλύτερες περιοχές, αν και οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη δοκιμάσει αυτή την επιλογή.
Ο Krull λέει ότι θα αναζητήσουν επίσης να κάνουν το υλικό αποτελεσματικό σε διαφορετικά περιβάλλοντα, όπως ακραίες θερμοκρασίες, υποβρύχια ή στο διάστημα. (Μέχρι στιγμής, οι δοκιμές έγιναν κυρίως στο εργαστήριο).
Ενώ η τεχνολογία μπορεί μία μέρα να φτάσει στα καταναλωτικά προϊόντα, μην περιμένετε αυτά τα υλικά αυτοθεραπείας να επιδιορθώσουν μαγικά το πίσω μέρος του iPhone σας ή τον προφυλακτήρα του αυτοκινήτου σας ακόμα. Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα στα αρχικά στάδια ανάπτυξης, λέει ο Krull. Και επειδή η έρευνα χρηματοδοτείται από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ, είναι πιθανό να χρησιμοποιηθεί πρώτα σε μαχητικά αεροπλάνα, δεξαμενές ή διαστημόπλοια πρώτα, μαζί με συσκευές που είναι δύσκολο να επισκευαστούν, όπως ο υποβρύχιος εξοπλισμός γεώτρησης.
Αλλά αυτή είναι ακριβώς η αρχή του τι μπορεί να κάνει το υλικό, λέει ο Krull.
"Η τρέχουσα έκδοση μοιάζει περισσότερο με μια ουλή, αφού το επουλωμένο υλικό δεν είναι τόσο καλό όσο το πρωτότυπο", λέει ο Krull. "Ο στόχος μας για μεγάλες αποστάσεις είναι να αναπτύξουμε ένα πραγματικά αναγεννητικό πολυμερές όπου το υλικό που χάνεται από ένα γεγονός βλάβης μπορεί να αντικατασταθεί με υλικό της ίδιας σύνθεσης".
