ENGINEERINGNET - Onderzoekers van de Amerikaanse Universiteit van Illinois zijn erin geslaagd een polymeer te ontwikkelen dat zichzelf kan herstellen en zelfs regenereren.
Dit is op zich niet nieuw. Een tiental jaren geleden werden er al zelfherstellende materialen ontworpen maar deze konden slecht microscopisch kleine scheurtjes herstellen.
De nieuwe generatie van zelfherstellende materialen kunnen veel grotere gaten en scheuren dichten door materiaal aan te maken zoals een plant of dier dat doet.
“We hebben aangetoond dat niet-levende, synthetische materialen zich kunnen herstellen door aangroei, zoals een levend organisme dat zou doen,” legt Prof. Jeffry S. Moore uit.
We kunnen uiteraard al onmiddellijk aan tientallen huis-, tuin- en keukentoepassingen denken maar daarnaast biedt het natuurlijk ongekende mogelijkheden om bijvoorbeeld materialen te herstellen op zeer moeilijk bereikbare plaatsen. Denken we maar aan ondergrondse leidingen of satellieten.
De wetenschappers baseerden zich op eerder onderzoek naar ‘vasculaire materialen’. Door gebruik te maken van bepaalde vezels die lijken op haarvaatjes, kunnen in materialen als het ware netwerken van haarvaatjes worden geïntegreerd. Wanneer deze beschadigd worden, voeren ze nieuw materiaal aan.
“Vasculaire toevoer stelt ons in staat grotere volumes van herstelmateriaal aan te voeren, en dus grotere schade te herstellen”, verklaart Prof. Nancy Sottos. “Deze benadering maakt het ook mogelijk meer dan één herstelling uit voeren, wanneer het materiaal herhaaldelijk wordt beschadigd.”
Voor materialen die zichzelf regenereren wordt gebruik gemaakt van twee parallelle haarvaatjes die gevuld zijn met herstellende chemicaliën die vrijkomen bij schade. De twee vloeistoffen mengen zich tot een gel die gaten en scheuren kan overbruggen. De gel verhardt vervolgens tot een sterk polymeer dat even sterk is als het oorspronkelijke plastic.
Natuurlijk komt er nog heel wat bij kijken alvorens we dergelijke bevindingen op massale schaal toegepast zullen zien. Zo moet er rekening worden gehouden met de zwaartekracht, zo moeten de vloeistoffen in de haarvaatjes zeer snel verharden want anders bloedt het voorwerp als het ware dood.
Maar het team slaagde er wel in haar systeem met succes toe te passen op de twee grootste klassen van commerciële plastics, thermoplast (een kunststof die bij verhitting zacht wordt) en duroplast (een thermohardend polymeer).
Ze konden voor beide groepen de chemische reacties scherp stellen (de snelheid waarmee de harsen vrijkomen, of de snelheid waarmee ze verharden en het soort schade dat ze moesten herstellen).
Om commerciële toepasbaarheid mogelijk te maken werkt het team het systeem verder uit voor verschillende groepen van materialen.
“Voor de eerste keer hebben we aangetoond dat je verloren materiaal in een polymeer voorwerp kan regenereren. Hier draait het om. Voordien, als je een gat maakte in je materiaal, dan was het materiaal weg. Nu kan je het opnieuw laten aangroeien,” concludeert Prof. Scott White.
Op de foto: gat dat zich aan het herstellen is met 2 materialen aangevoerd via de roze en blauwe kanalen (© Ryan Gergely University of Illinois)
