آیا پلیمرها به هواپیماها قابلیت تعمیر آسیب‌های وارده به خود را خواهند داد؟
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر هواپیما گرچه در آسمان قابلیت حرکت با سرعت‌های بسیار بالا را دارد اما در برابر ضربه‌ای با سرعت 500 مایل مقاوم نیست و در صورت صدمه دیدن مشکلات زیادی از جمله کاهش فشار داخل هواپیما برای آن پدیدار خواهد شد.
محققین آمریکایی، مواد جدیدی را تولید کرده‌اند که قابلیت حل مشکلات ناشی از این شکل از ضربات در هوا به محض رخ دادن را داشته باشند. تیم دانشگاهی که به سرپرستی کیمینگ ونگ، استادیار دانشگاه موفق به تهیه ساختارهای مشبک ساختارهایی که از واحدهای تکرار شونده تشکیل شده‌اند- به صورت خودکار اثر ضربات وارده را از بین می‌برند، شده است و عملکرد آن به این شکل است که اول به شکل اولیه خود تبدیل می‌شوند و سپس شکاف‌های مرگبار و خطرناک ایجاد شده را از بین می‌برند.
ونگ می‌گوید: در قدیم، ساختارهای مشبک، به دلیل سبک بودن، مقاومت در برابر ضربه کمی داشتند، به این معنی که به محض برخورد ضربه، به راحتی شکسته می‌شدند. اما مواد تولیدی ما، مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربه دارند.
این مواد جدید در صورت ایجاد شکاف در ساختارشان نیازی به هیچ مداخله انسانی ندارند و نیازی نیست که دو سر شکاف توسط انسان به جای اصلی خود هدایت شود. قابلیت حافظه ساختاری این مواد به آن کمک می‌کند تا قسمت‌های مختلف دقیقاً به مکان اصلی خود برای اتصال به یکدیگر به شکل خودکار باز گردند.
تحقیقات این تیم در NPG Asia Materials چاپ شده است.
خود ترمیم شونده، دارای حافظه ساختاری و نور پخت
ساختارهای مشبک سه‌بعدی به سادگی تولید نمی‌شوند. ونگ می‌گوید: روش تولید موجود-قرارگیری لایه‌ها روی یکدیگر-هدر دادن وقت است. برای تولید با استفاده از این روش، محدودیت استفاده از مواد وجود دارد. این مواد خصوصیاتی که مناسب خود ترمیم شوندگی خودکار هستند را ندارند.
برای تهیه مواد جدید که تمامی خواص دلخواه را داشته باشند، محققین مواد جدیدی تولید کردند که مواد خود ترمیم شونده مشابه لاستیک هستند که دارای اتصالات دی‌سولفید برای شروع فرایند خودترمیم شوندگی در ساختار هستند. هنگامی که این اتصالات دی‌سولفیدی شکسته می‌شوند، گرما باعث برگردانده شدن ساختار به شکل اولیه و بازسازی اتصالات اصلی می‌شود. اما این مواد سبک توانایی تحمل وزن بالا را ندارند. به منظور دستیابی تمامی خصوصیات مورد نظر، ساختارهای کریستالی- منظور پلیمرهایی با سختی بالا و قابلیت پاسخ دادن به حرارت است- به مواد لاستیکی اضافه شدند. ونگ می‌گوید: این مواد به سختی تفلون هستند و تحقیقات نشان داده است که این مواد توانایی تحمل وزنی برابر با 1000 برابر وزن خودشان را دارند.
هنگامی که مواد کریستالی به ساختار اصلی اضافه شدند: خصوصیت مهمی به ساختار اصلی اضافه شد و آن حافظه ساختاری ماده تولید شده است که در صورت تغییر شکل به ساختار اولیه بازگردد. برای رسیدن به تمامی اهداف مورد نظر، گروه‌های اکریلات – به عنوان چسب- که با هدف اضافه کردن قابلیت نورپخت شدن ساختار به ماده اصلی اضافه شده است و به هنگام قرارگیری در معرض نور، ساختار فعال می‌شود. این خاصیت به دلیل هدف تولید این مواد با چاپ سه‌بعدی ضروری است و روش مورد استفاده استریولیتوگرافی است که مواد مایع بر اثر نور جامد شده و لایه لایه روی هم قرار گرفته تا ساختار مشبک شکل بگیرند.
هنگامی که صدمه ناشی از ضربه ایجاد می‌شود، مواد معمولاً به دو شکل تغییر شکل خواهند داشت: تغییر شکل ساختار و یا شکست‌های ساختاری. ونگ می‌گوید: در قدیم، با وجود مواد خود ترمیم شونده، بایستی قطعات شکسته شده به صورت دستی در سرجای خود قرار می‌گرفتند تا به شکل اصلی خود در بیایند. با این مواد جدید، بازسازی ساختار و شکست هر دو به صورت خودکار با اعمال گرما انجام می‌شوند. دمای مورد استفاده 80 درجه سانتیگراد است. شروع بازسازی ساختار به شکل اصلی 2 دقیقه زمان میبرد. این عمل تحت حرارت پیوسته انجام می‌شود و پس از 6 ساعت، مواد به شکل اصلی با استحکام اصلی خود باز می‌گردند. محققین در این تحقیق موفق به تکرار فرایند بازسازی به دفعات 10 بار شدند. حتی بعد از بازسازی، استحکام مکانیکی و ساختار اصلی تغییری نکرده است.
هواپیما، قطار و اتومبیل
این ساختارهای مشبک جدید در تمامی وسایل نقلیه می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.
ونگ می‌گوید: ما مشاهده کردیم که این مواد با حسگرها نیز به خوبی کار می‌کنند. حسگر، ضربه را حس کرده و حرارت اعمال می‌شود تا فرایند بازسازی آغاز شود.
