Инженерная группа из университета Питтсбурга предлагает новые композиты, которые могут самовосстанавливаться при повреждении.

 

 

На рисунке выше - самовосстановление композитов (компьютерное моделирование): композит поврежден (крайний слева ) и наностержни начинают движение к поврежденной поверхности. На третьем изображении, начинается полимеризация и сшивание от поверхности стержней, что приводит к регенерации геля (конечное изображение).

Исследователи из Университета Питтсбурга разработали вычислительные модели для нового полимерного геля, который позволил бы композиционным материалам восстанавливать себя. Исследователи говорят: "В то время как другие разработали материалы, которые могут залечивать мелкие дефекты, нет опубликованных исследований относительно систем, которые могут регенерировать большие части поврежденного материала. Научно-исследовательская группа была вдохновлена ​​биологических процессов в таких видов, как амфибий, которые могут регенерировать отрезанные конечности. Этот тип регенерации тканей руководствуется тремя наборами инструкций - инициирования, роста и прекращения. "Нам нужно было разработать систему, которая сначала будет ощущать удаление материала и инициировать возобновление роста, потом расти, пока материал не достигнет желаемого размера, а затем самостоятельно завершить процесс" – рассказывают разработчики.

Команда разработала гибридный материал из наностержней, внедренных в полимерный гель, который окружен раствором, содержащим мономеры и сшивающие агенты (молекулы, сшивающие одну полимерную цепь с другой). Когда часть геля разрывается, наностержни вблизи разреза выступают в качестве датчиков и перемещаются к новой границе раздела. Функциональные группы на одном конце этих наностержней держат их локализованными на поверхности раздела и инициаторы на поверхности стержней вызывают реакцию полимеризации с мономером и сшивающими агентами во внешнем растворе. Разработаны вычислительные модели для управления процессом, новый гель ведет себя и выглядит как гель, который он заменил, в том числе при завершении реакции, так что материал не будет расти бесконтрольно.

Наностержни примерно десять нанометров в толщину, примерно в 10000 раз меньше диаметра человеческого волоса. В будущем исследователи планируют улучшить процесс и укреплять связи между старым и вновь образованным гелями,  функциональные группы наностержней могут обеспечить дополнительную прочность восстановленного материала.

Следующий этап исследований будет способствовать дальнейшей оптимизации процесса, чтобы рост шел в несколько слоев, создавая тем самым более сложные материалы с множеством функций.

Источник: www.engineering.pitt.edu

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта