Was sind selbstheilende Materialien?

Selbstheilungsmaterialien sind Substanzen, die automatisch strukturelle Risse oder andere Schäden reparieren können, eine Fähigkeit, die die nutzbare Lebensdauer eines Produkts erheblich verlängern kann, und in einigen Fällen helfen Menschen vor Schaden.Viele selbstreparierende Produkte wurden von biologischen Prozessen inspiriert, die es lebendigen Körpern ermöglichen, zu heilen.Durch die Beobachtung der natürlichen Heilungsaktivität auf mikroskopischer Ebene haben Wissenschaftler mehrere Methoden entwickelt, um diese vorteilhafte Fähigkeit in künstlichen Substanzen zu replizieren.Es gibt verschiedene Arten von selbstheilenden Produkten, und es können mehrere Ansätze verwendet werden, um diese Materialien zu erstellen.Unabhängig von der Struktur sind selbstreparierende Objekte so ausgelegt, dass sie funktionieren, ohne menschliche Eingriffe zu erfordern.

Eine Art von selbstreparierenden Produkten wird als mikroverkapselte System bezeichnet.Diese Selbstheilungsmaterialien sind speziell entwickelt, um winzige Risse zu reparieren, die in Polymeren auftreten.Diese Schädigung, die manchmal als Mikrorissen bezeichnet wird, kann durch mechanische Verschleiß oder Wärmespannung verursacht werden.Mikroverkapselte Materialien enthalten ein chemisches Mittel, das zum Wiederaufbau und zur Verstärkung der Polymerstruktur formuliert wird.Eine Epoxidschicht enthält diese Verstärkungschemikalien in winzigen Taschen, und das Mittel verbreitet sich, wenn sich strukturelle Schäden dazu bringen, die kleinen Kapseln zu brechen.Wie bei mikroverkapselten Lösungen verwendet diese Art von Material ein Heilmittel, das bis zum Bedarf enthalten ist.Anstatt gleichmäßig auf einer Oberfläche in winzigen Kapseln auszubreiten, werden die hilfreichen Chemikalien jedoch in künstlichen Venen oder Kanälen gelegt, die das Material waben.Mit dieser venenähnlichen Struktur können Chemikalien kontinuierlich in einen rissigen Bereich gepumpt werden, was dazu beiträgt, anhaltende Schäden zu verhindern.

Eine dritte Methode, mit der selbstheilende Materialien mechanochemisch aktive Polymere erzeugt werden können.Dieser Ansatz ähnelt der Art und Weise, wie menschliche Knochen nach dem Brechen anfangen, sich selbst zu reparieren.Mit dieser Methode werden Polymere erzeugt, die Cluster von Molekülen enthalten, die als Mechanophoren aufrufen.Diese Cluster neigen natürlich dazu, sich mit anderen ähnlichen Molekülen zu verbinden.Wenn ein Polymer durch Spannung beeinflusst wird, bilden die eingebetteten Mechanophore ein strukturelles Glied, ähnlich wie zwei Klettstücken Verbindungselemente werden zusammengezwungen.

Selbstheilungsmaterialien haben viele praktische Anwendungen.Wissenschaftler experimentierten mit Raumfahrzeugenoberflächen, die automatisch gefährliche Brüche besiegeln, die durch Meteoroid -Streiks oder Weltraummüll verursacht werden.Flugzeuge können auch von diesen Substanzen profitieren und von der Resistenz gegen Risse auf den Kontrollflächen profitieren.Diese Arten von Materialien können auch in synthetischen gummiähnlichen Produkten verwendet werden, um Verschleiß und Verbesserung der Laufzeit des Profils zu verhindern.