Когда начнут выпускать вечные автомобили и смартфоны
В современной аэрокосмической, авиационной, военно-морской, автомобильной, строительной и других отраслях, используются преимущественно традиционные композитные материалы, которые быстро выходят из строя. Внутренние повреждения в них практически невозможно обнаружить, ремонт и восстановление обходятся слишком дорого, а главное, такие дефекты могут стоить человеческой жизни. Решением проблемы могут стать самовосстанавливающиеся материалы.
Источником вдохновения для физиков и инженеров стало самовосстановление в биологических системах. Например, после пореза тромбоциты вытекающей крови образуют сгустки, герметизируя дефект и позволяя коже восстановиться, трещина в костях залечивается за счет регенерации костного материала и т.п. Этот же принцип уже положен в основу последних изобретений, помогающих продлить срок службы техники и сооружений.
Инженер Нэнси Соттос из Университета Иллинойса придумала снабжать провода микроскопическими капсулами с жидким металлом. При разрыве капсула разбивается и заполняет трещину за секунды. Микробиолог Хэнк Джонкерс из Делфтского технического университета похожим способом предлагает продлевать срок службы дорог и зданий, подмешивая в цемент споры бактерий и питательные вещества для них. Как только в цементе появляется трещина и в нее попадает вода, бактерии активируются и начинают перерабатывать корм в прочный карбонат кальция, который заполняет трещины.
Однако настоящую революцию в машиностроении и других смежных отраслях могут сделать последние открытия NASA и университета Пенсильвании. Уникальность их разработок в том, что новые материалы могут восстанавливаться моментальною. Тогда как для более ранних аналогов на это требовалось время. Так, в прошлом году специалисты из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн создали похожий материал, но он мог затягивать лишь отверстия, диаметр которых не превышал 8 миллиметров и процесс занимал почти три часа. А этим летом в британском университете Бристоля создали самовосстанавливающийся материал для крыльев самолетов. Хотя композит на основе углеродного волокна устраняет микротрещины на фюзеляже и крыльях лайнеров, для восстановления покрытия требуется от нескольких часов до суток.
Совместная - Университета Мичигана и космического агентство NASA, разработка - материал-"сэндвич" со слоем особой, резиноподобной смолы (thiol-ene-trialkylborane) между двумя панелями из полимера. Конструкция содержит жидкую смолу. Когда полимерный слой получает малейшее повреждение, эта смола вытекает сквозь образовавшееся отверстие и всего за несколько секунд полимеризируется, образуя на месте пробоины герметичную пробку. О своем изобретении ученые рассказали в пресс-релизе Американского химического сообщества, а также в статье, опубликованной в свежем номере журнала ACS Macro Letters. Если использовать технологию в конструкции космического корабля, вероятность его разгерметизации становится нулевой.
Для создания материала использовали именно тиол-ен-триалкилборановую смолу, поскольку для ее затвердевания нужен только кислород, который всегда есть во внутреннем пространстве космического аппарата. Новый материал прозрачен, а это значит, что его можно применять и в конструкции иллюминаторов, смотровых окон, для защиты лобового стекла и скафандров. Рассматривается возможность применения такого "сэндвича" в автомобилестроении и современных гаджетах.
Почти одновременно с разработкой NASA революционный самовосстанавливающийся материал представила команда исследователей из Университета Пенсильвании. Подробности эксперимента опубликованы в новом журнале Scientific Reports. Материал создан по аналогии с зазубренными хитиновыми кольцами на щупальцах кальмаров, способных переходить в жидкое состояние в воде. При этом кольца остаются невероятно прочными, а если и повреждаются, могут самовосстанавливаться.
Детально изучив их строение, ученые сумели вывести белок, который обеспечивает столь уникальные свойства. Для этого в лабораторных условиях создали особые бактерии, способные производить такие же, как и у кальмара, белки. Смешав белки с особым растворителем, исследователи получили мягкий материал, похожий на смесь резины и пластика. Как и кольца кальмара, искусственный аналог под воздействием воды тоже может быстро восстанавливаться. Это подтвердил простой эксперимент: новый материал разрезали, капнули на него водой, после чего он вновь стал целым, причем таким же прочным, как раньше.
Инновация может произвести настоящую революцию в производстве морских судов и устройств, работающих при непосредственном контакте с водой. Скажем, больше не придется искать разрывы в пролегающих на дне океана оптических кабелях и чинить их, расходуя на это огромные средства. Кроме того, разработка пригодится в медицине: из нового материала будут делать сверхпрочные "вечные" имплантаты, ведь тело человека в среднем состоит на 60% из воды.