پوشش هایی که با نور ترمیم می‌شوند

تصویری از یک فیلم نازک تهیه شده از پلمر جدید. مشاهده می شود قسمتی از خراش ایجاد شده توسط تابش فرابنفش ترمیم شده است.

آیا تا به حال صفحه‌ی نمایش موبایلتان خراشیده شده؟ در آینده‌ای نه چندان دور ترمیم این گونه خسارات بسیار آسان، ارزان و تنها با تابش نور به آن ممکن خواهد شد.

کریستف ودر، دانشمند علم مواد در دانشگاه فریبرگ سوئیس و همکارانش نوعی ماده‌ی لاستیک مانند به دست آوردند که در صورت قرار گرفتن در معرض اشعه‌ی ماوراء بنفش، خود را ترمیم می‌کند. در واقع این ماده در اثر تابش UV در کمتر از یک دقیقه به طور موضعی ذوب شده و پلیمر مذاب نواحی خراشیدگی را پر می کند و با حذف UV دوباره جامد می شود. این ماده ممکن است روزی در رنگ، پوشش و یا روکش گوشی‌های موبایل استفاده شوند. فقط تصور کنید که چگونه طول عمر بسیاری از اقلام را با این روش و با ترمیم آسان آن‌ها می توان افزایش داد.

البته استفاده از ذوب در مواد خود ترمیمی روش جدیدی نیست. بسیاری از پلاستیک‌ها را می‌توان حرارت داده تا ذوب شوند و سپس پلاستیک مذاب قبل از آنکه دوباره سفت شود، به قسمت آسیب دیده جاری شده و با پوشش دادنش آن را ترمیم می‌کند. اما این روش چندان مناسب نمی‌باشد. چرا که اگر نتوان حرارت و ذوب را به خوبی بر روی محل آسیب دیده متمرکز نمود، بایستی قطعه‌ی پلاستیکی را برای تعمیر از محل خود خارج نمود. و این امر گاهی اوقات امکان پذیر نمی‌باشد.

ودر و همکارانش، از یک روش ظریف تر و دقیق تری استفاده کردند. آن‌ها درون پلاستیک خراشیدگی‌های عمیقی ایجاد کرده و به سادگی اشعه‌ی ماوراء بنفش متمرکز را به آن تاباندند. نور فقط اطراف خراشیدگی را گرم نموده و تنها ظرف مدت یک دقیقه خراشیدگی‌ها برطرف می‌شوند.

ترمیم فیلم پلیمری با تابش نور UV. چپ: قبل از تابش، راست: پس از تابش

این توانایی خود ترمیمی در ساختار پلاستیک نهفته است. پلاستیک‌های معمولی از پلیمرهای زنجیره‌ای طویل با پیوندهای بسیار قوی کووالانسی تشکیل شده‌اند. اما پلاستیک ودر متفاوت است. و از مولکول‌های کوتاه تری که با روی یا یون‌های لانتانیم آمیخته شده اند، به دست آمده است. در حالت جامد بین مولکول‌های این ماده جدید پیوندهای کووالانسی وجود ندارد. بلکه از طریق پیوندهای کوئوردیناسیونی فلزی (یون‌های فلزی) به یکدیگر متصل شده‌اند. و زنجیره‌های شبه پلیمری طولانی‌ای را تشکیل می‌دهند. هنگامی که اشعه‌ی ماوراء بنفش روی پلاستیک تابانده می‌شود، توسط یون‌های فلز جذب شده و به حرارت تبدیل می‌گردد، تا حدی که یک ناحیه‌ی کوچک را ذوب نموده و خراشیدگی‌ها ترمیم می‌گردد.

ودر، در آزمایشات خود، خراشی به عمق بیش از ۲۰۰ میکرون در یک قطعه پلاستیک به ضخامت ۴۰۰ میکرون ایجاد کرد. بعد از دو تابش ۳۰ ثانیه‌ای مشاهده نمود که خراشیدگی از بین رفته است. نتایج حاصله از این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.

شماتیکی از نحوه عملکرد پلیمر. در اثر تابش UV، ماده جامد به صورت مایع درآمده و ترک و خراشیدگی را پر می کند. با قطع تابش، ماده جامد شده و خراش ترمیم می شود.

ریچارد وول، مهندس مواد در دانشگاه دلاور در نیوآرک معتقد است که یکی از اشکالات وارد بر روش ودر، آن است که تنها در مورد پلاستیک نازک کاربرد دارد. به گونه‌ای که نور بتواند در آن نفوذ کند. اما او می‌افزاید که در آینده مهندسان ممکن است برای حل این مشکل کامپوزیتی تهیه کنندکه شامل شبکه‌ای از کابل‌های فیبر نوری بوده و نور را به سراسر پلاستیک برساند.

روش ودر تنها یکی از چندین روش در حال توسعه برای مواد خود ترمیم شونده است. برای مثال در سال ۲۰۰۸، ماده‌ای گزارش شد که می‌تواند پس از قطعه قطعه شدن، با فشردن اجزای آن به یکدیگر خود را ترمیم کند. این ماده نسبت به پلاستیک ودر، بسیار منعطف تر بوده و برای کاربردهای غیر سازه‌ای مناسب می‌باشد. اما این مزیت را داشت که می‌توانست یک آسیب کلی را ترمیم کند. نه فقط یک خراش را.