ابداع پلاستیکی که خود را ترمیم می کند

مطلب درخواستی ......

 پژوهشگران دانشگاه ایلینوی ماده‏ی پلیمری را ساخته‏اند که می‏تواند خود را پیوسته در صورت بروز ترک خوردگی یا ایجاد شکاف ترمیم کند. اختراع این ماده می‏تواند پیشرفتی شگرف به سوی کاشت تجهیزات پزشکی خود ترمیم کننده، درون بدن باشد و مواد خود ترمیم کننده‏ای را برای استفاده در هواپیماها و کشتی‏ها فراهم آورد. از این فناوری همچنین می‏توان برای خنک کردن ریز پردازنده‏ها و مدارهای الکترونیکی استفاه کرد و راه را به سوی تولید روکش‏های پلاستیکی خود ترمیم کننده هموار ساخت.

نخستین بار، شش سال پیش ازا ین، پژوهشگران یاد شده خبر دستیابی به دانش تولید مواد خود ترمیم کننده را اعلام کردند و از آن هنگام دیگر گروه‏های تحقیقاتی نیز تولید موادی مشابه، از جمله پلیمرهایی را آغاز کردند که همواره خود را در صورت قرار گرفتن در معرض حرارت یا فشار مرمت می‏کنند. اما این نخستین بار است که ماده‏ای اختراع می‏شود که می‏تواند خود را تا چندین بار مرمت کند، بدون آن که نیاز به دخالت خارجی باشد.

کریس بیلاوسکی، استاد شیمی دانشگاه تگزاس می‏گوید: ”این اختراع مانند آن است که به یک پلاستیک حیات ببخشید. هدف نهایی، تولید موادی است که خود را ترمیم کنند و این اقدام، سند شگفت‏آوری برای اثبات چنین مفهومی است.“

اسکاتز و همکاران او ماده‏ی جدیدی را طراحی کرده‏اند که شرح آن در شماره‏ی اخیر نشریه‏ی مواد طبیعت آمده و قرار است این ماده از شباهتی مانند پوست انسان برخوردار باشد. اگر لایه‏ی خارجی محافظ پوست بریده شود، لایه‏ی داخلی که با شبکه‏ی متراکمی از رگ‏های خونی بافته شده است، ریز مواد مغذی را به قسمت بریده شده ارسال می‏کند تا به جریان بهبودی کمک کند. مواد خود ترمیم کننده در بردارنده‏ی لایه‏ا‏ی پلیمری هستند که بر روی یک لایه‏ی فرعی پهن شده‏اند که حاوی شبکه‏ای سه بعدی از ریز کانال‏ها است. پوشش یاد شده در بردارنده‏ی ذرات کاتالیزوری است، در حالی که کانال‏ها در لایه‏ی فرعی با یک عامل بهبود دهند‏ه‏ی مایع پر شده‏اند. برای آزمایش مواد یاد شده، پژوهشگران آن را ترمیم کردند و پوشش پلیمری را شکاف دادند. شکاف تا عمق پوشش پیش رفت و به ریز کانال زیر آن رسید. این عامل، بهبود دهنده‏ را وادار می‏سازد از میان کانال‏ها جریان یابد و شکاف را پر کند و در این جا با کاتالیزور تماس پیدا می‏کند و پس از حدود 10 ساعت به یک پلیمر تبدیل می‏شود و درون شکاف را پر می‏کند. این سامانه نیازی به فشار خارجی برای ارسال عامل بهبود دهنده به درون شکاف ندارد. در مقابل، مایع از طریق کانال‏های بسیار باریکی مانند آب که از آوندهای ساقه‏ی یک گیاه بالا می‏رود، جریان می‏یابد.

پژوهشگران می‏توانند سطوح پلاستیکی را تا چندین بار پیش از آن که کاتالیزور به بیرون نفوذ کند و کار بهبود متوقف شود، خراش دهند یا در آن شکاف ایجاد کنند. نسل بعدی مواد خود ترمیم‏گر باید بتواند دفعات بیشتری خود را ترمیم کنند. استکاتز و همکاران او این ماده را به گونه‏ای طراحی کرده‏اند که از یک سامانه‏ی 2 بخشی برخوردار است، یک بخش آن عامل بهبود دهنده را تزریق می‏کند و بخش دیگر کاتالیزور را به درون شکاف وارد می‏سازد.

پژوهشگران همچنین می‏توانند ظرفیت بهبودی مواد پلاستیکی را با متصل ساختن شبکه‏ی ریز کانال‏ها به یک مخزن بسیار کوچک افزایش دهند. اسکاتز می‏گوید اگر مواد عامل بهبودی یا کاتالیزور تمام شود، مخزن می‏تواند مواد بیشتری را به محل‏های شکاف پمپاژ کند.

طرح ریز کانال این ماده می‏تواند راه حلی برای مساله‏ی افزایش دما در ریز تراشه‏های الکترونیکی باشد. از دیدگاه عمومی، تراشه‏های مدارات ریز الکترونیکی بر روی لایه‏هایی می‏نشینند که برای انتقال حرارت خارج از مدار طراحی شده‏اند. این تنظیم‏کننده‏های دما محدودیت‏های خاص خود را دارند. در مقابل، اسکاتز می‏گوید: ”شما می‏توانید یک مایع خنک کننده را از طریق یک شبکه‏ مانند یک مبدل ریز حرارت به کار گیرید.“

به گفته‏ی اسکاتز، پژوهشگران می‏توانند همان طرح را برای دیگر ترکیبات رزینی یا کاتالیزوری به کار ببرند که می‏توانند پلیمرهای مختلفی را شکل دهند. این کار، راه را برای کاربردهای بسیار دیگری باز نگه می‏دارد. در حالی که ممکن است سال‏ها با تولید انبوه مواد خود ترمیم‏گر فاصله داشته باشیم، اما تصور این که اختراع یاد شده در پزشکی، به ویژه ساخت و کاشت اندام مصنوعی در بدن کاربرد پیدا کنند، دور از ذهن نیست. بدون تردید برای این کاربردها، به موادی خود سازگار و خود ترمیم‏گر نیاز خواهیم داشت. هزینه‏ی این مواد را می‏توان دست کم در مراحل آغازین محدود نگه داشت تا به ارزش واقعی برسند و کاربردهای واقعی آن‏ها آشکار شود، برای مثال کاربردی که در عرصه‏های هواپیمایی و فضایی خواهند یافت.

در آینده می‏توان شاهد نمونه‏های مختلفی از این گونه مواد بود.