Сколько раз мы что-то ломали и думали, что хотели бы вернуться назад. Даже если это были всего несколько секунд. Примерно так происходит с самовосстанавливающимися материалами Происходит дырка, трещина или разрыви материал возвращается в свое предыдущее состояние. Когда я был в порядке. Да ладно, что происходит с живыми существами когда возникает рана Если она не очень серьезная, она в конечном итоге закрывается.
Но найти или создать самовосстанавливающиеся материалы не так просто. Некоторые говорят, что в Древнем Риме уже работали с раствором для строительства, который обладал свойствами самовосстановления. Но только в 21 веке, в котором мы живем, произошел взрыв открытий о интеллектуальных материалах с удивительными свойствами. И одним из этих свойств является возможность того, что изношенный, сломанный или поврежденный материал может починить сам себя
Интересно, что этот тип материала в основном вдохновлен природой, специалистом по самовосстанавливающимся материалам, таким как кости, экзоскелеты, ткани и другие биологические элементы растений и животных , которые, несмотря на прошедшее время, удалось преодолеть износ Люди наблюдали за ними и с годами добились создания новые материалы с теми же свойствами.
Срок службы самовосстанавливающихся материалов
Самовосстанавливающиеся материалы служат дольше, чем материалы, которые мы используем сегодня. Износ, поломка, деформация… Будь то предмет одежды, внешнее сооружение или жидкие или твердые элементы для хранения, во многих областях промышленности или ежедневно, материалы, которые необходимы испытание временем
Исследователи в этой области науки разработали различные стратегии для создания самовосстанавливающихся материалов, которые не требуют обслуживания или требуют гораздо меньше обслуживание. С одной стороны, создание материалов из того, что наблюдается в природе или биомимикрия. Но наиболее многообещающей стратегией является стратегия полимеров Химия применяется в нашей повседневной жизни.
Например, вы можете создавать материалы, содержащие микрокапсулы внутри, которые активируются, когда они ломаются, и производят достаточно материала, чтобы покрыть поломку или носить. Это можно сделать с помощью бактерий или различных компонентов, таких как волокна, целлюлоза, кристаллы и т. д. Результат переменный. Мы можем получить самовосстанавливающиеся материалы и, следовательно, более прочные. И в то же время они более устойчивы к температуре, скручиванию или износу, вызванному водой или другими элементами, которые сокращают срок службы этих материалов.
Самовосстанавливающиеся материалы с памятью
Университет Рей Хуана Карлоса и CSIC объявили несколько лет назад, в 2018 году, о своих исследованиях с самовосстанавливающимися полимерами Некоторые материалы которые дали очень хорошие результаты и основаны на применении химии в виде пластиков, каучука, волокон или красок Среди своих свойств они также выделялись наличием Память. В том смысле, что при определенных обстоятельствах могут вернуться в свою первоначальную форму, несмотря на деформацию.
Этими обстоятельствами была жара. Если применялась относительно высокая температура, около 60ºC, этот самовосстанавливающийся полимер возвращался к исходной форме, в которой он был сформован. Это может быть полезно для изготовления бутылок и элементов хранилища жидкостей или твердых веществ, предметы одежда или, в среднесрочной перспективе, автомобильные компоненты или запчасти для различных отраслей промышленности. А в других областях, таких как здравоохранение, возможность создавать прочные сосудистые трансплантаты, которые можно применять в менее инвазивных операциях
Природа как источник вдохновения
Мы сказали, что природа во многих случаях помогала людям находить решения их проблем. Напрямую или как вдохновение. Что было бы с авиацией без наблюдения за птицами? А в данном случае сквид служил для поиска самовосстанавливающихся материалов для мягких машин, по-английски. В исследовании, опубликованном в журнале Nature летом 2020 года, говорится о биоразлагаемом биосинтетическом полимере, обладающем, среди прочего, способностью к самовосстановлению.
Его применение в данном исследовании ориентировано на создание роботизированных элементов и компонентов так называемых мягких машин. Это те, которые имитируют животных, таких как насекомые, для выполнения определенных задач. Другими возможными вариантами использования могут быть человеческие протезы, дыхательные аппараты или специальные защитные костюмы. Короче говоря, использует материалы, устойчивые к износу, деформации и постоянному скручиванию. И дело в том, что рассматриваемый полимер восстанавливается за несколько секунд
Любопытно. Созданный в лаборатории полимер вдохновлен зубами кальмаров внутри их присосок, которые используются для захвата добычи. Когда эти зубы ломаются, они восстанавливаются. Использование некоторых белков и самой морской воды. Именно полимер, о котором говорится в исследовании, также использует воду для своего восстановления. Вода и тепло, хотя вы также можете использовать свет.
Цемент на века
Цемент – один из наиболее часто используемых материалов, особенно в строительстве. Благодаря этому материалу мы можем построить большие здания, устойчивые к разрушительному действию времени и суровой природе. Но тоже страдает. Срок его полезного использования очень велик. Но всегда можно пойти дальше, чтобы не беспокоиться о целостности конструкции, на которую мы наступаем каждый день. И чтобы избежать образования выбросов углерода во время его производства.8% от общего объема выбросов в мире. И здесь на помощь приходят исследования самовосстанавливающихся материалов. В частности, то, что стало называться биоцемент или самовосстанавливающийся цемент
В 2014 году голландский исследователь Хенк Йонкерс представил свой биоцементный проект. Этот микробиолог из Делфтского технологического университета в Нидерландах разработал комментарий break-proof Или, скорее, если он сломался, то его можно сломать. Без вмешательства человека. Вместо этого ремонт осуществляют бактерии, интегрированные в цемент А точнее инкапсулированные. И кормят лактатом кальция.
Когда происходит разрыв или повреждение цемента, контакт воды с капсулами, содержащими бактерии, вызывает их разрушение и отпустите этих микроскопических ремонтников, которые закроют разрыв.
Устойчивое будущее строительства
Совсем недавно профессор Либерато Феррара из Миланского политехнического университета в Италии объявил о разработке сверхвысокопрочного бетона UHDC. Проект называется ReSHEALience, и рассматриваемый цемент предназначен для выдерживания самых суровых условийвозможных условий. Это включает морскую среду или геотермальные электростанции.
В этом конкретном проекте долговечность цемента увеличивается за счет использования дополнительных ингредиентов. В качестве кристаллических добавок используются нановолокна оксида алюминия и нанокристаллы целлюлозы. В результате получается цемент, который восстанавливается путем реакции с водой, которая вступает в контакт с поврежденными частями материала. И, по словам его создателей, не требует обслуживания уже более 50 лет. Это увеличивает срок полезного использования конструкций, построенных с использованием этого материала, и сокращает производство цемента и связанное с этим воздействие на окружающую среду.