سامانه پلیمری خود ترمیم شونده

ماشین‌ها و هواپیماهای خود ترمیم شونده بواسطه تحقیقات دانشگاه Reading در زمینه مواد “خود ترمیم شونده” ذاتی که در طراحی آنها بکار رفته، یک گام جلوتر رفته است.

محققین در مرکز تحقیقات پلیمر ReCAP ، مواد کاملاً جدیدی طراحی کرده‌اند که در آن نیروهای جاذب بین دو پلاستیک مختلف به گونه‌ای طراحی شده است که بصورت کمّی برگشت پذیر می‌باشند. در نتیجه، ویسکوزیته ماده با افزایش دما افت می‌کند، و باعث جاری شدن و پر شدن نواحی آسیب دیده و ترمیم آن می‌شود. در بازگشت به دمای اتاق، نیروهای جاذبه دوباره برقرار شده و ماده ۱۰۰% استحکام مکانیکی اولیه خود را باز می‌یابد.

Howard Colquhoun، پروفسور شیمی مواد در دانشگاه Reading، می‌گوید: ” اجزای پلیمری، همانند کامپوزیت‌های با کارایی بالا که امروزه کاربرد وسیعی در ساختمان هواپیما دارند، اغلب از لحاظ ایمنی بسیار حیاتی هستند. چرا که در معرض گستره‌ی وسیعی از تنش‌های مکانیکی و حرارتی قرار دارند که منجر به ایجاد ترک می‌شود. این ترک‌ها می‌توانند منشأ بروز مشکلات جدی زیادی باشند. در تحقیقات انجام شده نشان داده شده است که امکان طراحی سیستم‌های پلیمری با خاصیت خود ترمیم شوندگی ذاتی برای آنها وجود دارد.

گروه تحقیقاتی Reading یک جفت از ساختار درشت مولکول‌ها را طراحی کرده است که با اتصالات آروماتیک و پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می‌شوند. با آمیختگی این دو، ماده‌ای تولید می‌شود که خواص مکانیکی آن بعد از شکست، بصورت اتوماتیک یا در پاسخ به محرک‌هایی از جمله حرارت و فشار می‌تواند براحتی و بصورت کمّی بازیابی شود. بعلاوه، این ماده می‌تواند بارها بعد از آسیب دیدن ترمیم شود، بدون آنکه کارایی آن از بین برود.

پلیمرهای متداول معمولاً بصورت پایداری دارای اتصالات عرضی هستند، که به چقرمگی و پایداری حرارتی-مکانیکی بالایی منجر می‌شود. با این وجود، معایبی مانند شکنندگی، عدم توانایی ترمیم و عدم امکان بازیافت، در این مواد وجود دارد. در مقابل، ایده استفاده از اتصالات عرضی بازگشت پذیر بین زنجیرهای پلیمری که در این تحقیق بکار گرفته شده است، باعث می‌شود ماده در دمای اتاق مستحکم، اما در دمای بالاتر آماده‌ی ترمیم باشد. سامانه‌های خود ترمیم شونده می توانند شامل مونومرها و کاتالیزورهای کپسوله شده یا عوامل پنهان شرکت کننده در بازگشت حرارتی و برهمکنش های تشکیل باندهای کوالانسی باشند. نشان داده شده است که برهم کنش های غیر کوالانسی، مخصوصاً باندهای هیدروژنی نیز بر ترمیم آلیاژ پلیمرها موثر است، در مکانیزم شکست این سامانه‌ها بجای شکسته شدن باند‌های کووالانسی، گسستگی برهمکنش های ضعیف بین مولکول ها باعث رشد شکست می‌شود، از این رو با باز‌آرایی شبکه بین مولکولی، خواص فیزیکی ماده باز می‌گردد.

نتایج این تحقیق در مجله Chemical Communications منتشر شده است. در صفحه بعد جزئیات بیشتری درباره این مواد خود ترمیم شونده آمده است.