Самовосстанавливающийся материал

 

Самовосстанавливающийся материал

Свойство самовосстановления характерно для живых тканей. Например, порезы на коже у человека заживают в течение нескольких дней, оставляя на поверхности лишь небольшие шрамы. А с искусственными материалами, не состоящими из живых клеток, дело обстоит несколько сложнее. Восстановление разрушенных связей возможно лишь в результате внешнего воздействия (например, необходимо использовать силу давления, чтобы скрепить два кусочка пластилина, тепловую обработку для соединения двух кусков металла и т. д.). Но как можно соединить отдельные части материала без стороннего влияния?

Ответ на этот вопрос попытался сформулировать Чао Ван — исследователь Калифорнийского университета (США). Он в течение нескольких лет специализировался на изучении свойств полимерных материалов, в том числе связанных с восстановлением своей исходной структуры за счет образования поперечных молекулярных связей. Что же это значит?

Изначально в матрицу материала встраиваются небольшие капсулы, содержащие исходное вещество для восстановления структуры, а также отдельные молекулы, выступающие в качестве катализатора реакции. При образовании трещины или разрыва в материале целостность оболочки капсул нарушается, тем самым запуская процесс восстановления. Он очень похож на механизм затвердевания эпоксидной смолы, когда при смешивании двух компонентов получается прочный материал.

Однако у подобной схемы есть существенный недостаток — конечное число капсул в материале полимера. Данное обстоятельство накладывает существенные ограничения на количество циклов восстановления. При исчерпании имеющихся ресурсов материал просто не сможет «затянуть» поврежденный участок.

Американский исследователь предложил вариант, при котором восстановление материала происходит на молекулярном уровне за счет соединения молекул с сильным дипольным моментом. Однако для ее осуществления требуется внешний катализатор — мелкодисперсная соль, молекулы которой под воздействием слабого электрического тока диссоциируют на ионы. В результате запускается так называемая ионно-дипольная реакция, позволяющая восстановить ранее нарушенные молекулярные связи.

Преимуществом нового метода является отсутствие каких-либо внутренних «вкраплений» в матрице полимера. Катализатор наносится на поверхность материала, причем одной обработки хватает на несколько циклов восстановления.

При этом получившийся материал отличается отличной эластичностью — он может растягиваться до 50 раз по сравнению со своим исходным размером. Кроме того, он умеет проводить электрический ток, что существенно расширяет возможности его применения.

По словам разработчика, на создание нового полимера его вдохновили возможности Росомахи (персонажа цикла «Люди Икс»), умеющего регенерировать свою кожу в течение непродолжительного периода времени.

Получившийся материал уже предложили использовать для создания искусственной кожи или мышц в робототехнике. Интересным вариантом выглядит и его применение в медицинской сфере (например, при протезировании). 

Рубрика: 
Вверх