Forskere udvikler hårde, selvhelbredende gummi

Forestil dig et dæk, der kunne helbrede efter at være punkteret eller et gummibånd, der aldrig knækkede.

Forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har udviklet en ny type gummi, der er lige så hård som naturgummi, men også kan helbrede sig selv.

Forskningen er publiceret i Avancerede materialer .

Selvhelbredende materialer er ikke nye-forskere ved SEAS har udviklet selvhelende hydrogeler, som er afhængige af vand for at inkorporere reversible bindinger, der kan fremme helbredelse. Imidlertid, at konstruere selvhelbredende egenskaber i tørre materialer-såsom gummi-har vist sig mere udfordrende. Det er fordi gummi er lavet af polymerer, der ofte er forbundet med permanent, kovalente bindinger. Selvom disse bindinger er utroligt stærke, de vil aldrig genoprette forbindelse, når de er brudt.

For at gøre en gummi selvhelbredelig, holdet havde brug for at gøre bindingerne, der forbinder polymererne, reversible, så båndene kunne bryde og reformere.

"Tidligere forskning brugte reversible hydrogenbindinger til at forbinde polymerer til dannelse af en gummi, men reversible bindinger er iboende svagere end kovalente bindinger, "sagde Li-Heng Cai, en postdoktor ved SEAS og tilsvarende forfatter til papiret. "Dette rejste spørgsmålet, kan vi lave noget hårdt, men stadig kan helbrede sig selv? "

Cai, sammen med Jinrong Wu, en gæsteprofessor fra Sichuan University, Kina, og seniorforfatter David A. Weitz, Mallinckrodt professor i fysik og anvendt fysik, udviklet en hybridgummi med både kovalente og reversible bindinger.

Konceptet med at blande både kovalente og reversible obligationer for at gøre en hård, Selvhelende gummi blev foreslået i teorien af ​​Cai, men blev aldrig vist eksperimentelt, fordi kovalente og reversible bindinger ikke kan lide at blande.

"Disse to typer obligationer er iboende ublandbare, som olie og vand, "sagde Cai.

Så, forskerne udviklede et molekylært reb til at binde disse to typer bindinger sammen. Dette reb, kaldes tilfældigt forgrenede polymerer, tillader to tidligere ublandbare bindinger at blive blandet homogent på molekylær skala. Derved, de var i stand til at skabe en gennemsigtig, hårdt, selvhelbredende gummi.

Typisk gummi har en tendens til at revne ved et bestemt spændingspunkt, når der påføres kraft. Når den er strakt, hybridgummi udvikler såkaldte dille i hele materialet, en funktion, der ligner revner, men forbundet med fibrøse tråde. Disse dille omfordeler stresset, så der er ingen lokaliseret stresspunkt, der kan forårsage katastrofalt svigt. Når stress frigives, materialet klikker tilbage til sin oprindelige form, og dille heler.

Harvards kontor for teknologiudvikling har indgivet en patentansøgning for teknologien og søger aktivt kommercialiseringsmuligheder.

Den selvhelbredende evne er tiltalende for en lang række gummiprodukter.

"Forestil dig, at vi kunne bruge dette materiale som en af ​​komponenterne til at lave et gummidæk, "sagde Wu." Hvis du har et snit gennem dækket, dette dæk skal ikke udskiftes med det samme. I stedet, det ville helbrede sig selv under kørsel nok til at give dig spillerum til at undgå dramatiske skader. "

"Der er stadig meget mere at gøre, "sagde Weitz." For materialevidenskab, det er ikke helt forstået, hvorfor dette hybridgummi udviser dille, når det er strakt. Til teknik, anvendelserne af hybridgummiet, der drager fordel af dets enestående kombination af optisk gennemsigtighed, sejhed, og selvhelbredende evne mangler at blive undersøgt. I øvrigt, konceptet med at bruge molekylært design til at blande kovalente og reversible bindinger til at skabe en homogen hybridelastomer er ret generelt og bør muliggøre udvikling af hårde, selvhelbredende polymerer til praktisk anvendelse. "