دیگر نگران بدنه خودروی خود نباشید!، خبرآنلاین

دانشمندان آلمانی موفق شده‌اند با تولید نانوکپسول‌های پلاستیکی، توانایی ترمیم خودکار را به فلزات ببخشند و بدین ترتیب، موادی جدید و خودترمیم را به بازار عرضه کنند.

علیرضا نورایی

مدت‌هاست که مهندسان به این موضوع عادت کرده‌اند که اشیای بی‌جان نمی‌توانند مثل موجودات زنده، بافت آسیب‌دیده خود را ترمیم کنند؛ ولی به نظر می‌آید این روند ادامه نخواهد یافت. کلودیا داس‌سانتوز از انیستیتوی مهندسی صنعتی و اتوماسیون فرانهوفر و کریستیان مایر از دانشگاه دویسبرگ-اسن در اشتوتگارت، آینده بسیار نزدیکی را نوید می‌دهند که اجسام جامد هم قادر به مرمت خود باشند. دکتر داس‌سنتوز، دکتر مایر و همکارانشان روشی را برای ترمیم فلزات معیوب ابداع کرده‌اند.

معمولا سطح اجسام فلزی را برای محافظت با دیگر فلزات می‌پوشانند. برای مثال، آهن به طور معمول توسط روی گالوانیزه می‌شود. ایده مبنایی فناوری جدید نفوذ به این روکش توسط کپسول‌های ریز و پر شده‌ای از مایع مخصوص است. وقتی روکش فلز دچار رخنه یا خراش می‌شود، کپسول‌ها در محل معیوب شکافته می‌شوند و مایع‌های ترمیم‌کننده را به شکل ترکیباتی از کرمات‌های سه ظرفیتی، رسوخ می‌دهند. این ترکیبات با اتم‌های فلزی مجاور واکنش داده و پوسته‌های محافظ محکمی را به ضخامت چند ملکول تشکیل می‌دهد تا آسیب اصلاح شود.

ایده انجام این کار سال‌ها پیش مطرح شده بود، ولی در عمل محققان به دلیل ابعاد بسیار بزرگ کپسول‌ها به مشکل برخورده بودند. در حالی که پوشش سطح فلز معمولا حدود 20 میکرون ضخامت دارد، ابعاد کپسول‌ها بین 10 تا 15 میکرون است که می‌تواند سبب گسستگی روکش شود؛ بنابراین ضرر استفاده کپسول‌ از منفعتش بیشتر است. شگردی که دکتر داس‌سنتوز و دکتر مایر به کار برده‌اند، در جهت رساندن ابعاد کپسول‌ها به چند صدم این اندازه بود.

کپسولی که محققان موفق به ساختن آن شده‌اند، از اختلاط بیوتیل‌سیانوکریلیت (یک ابرچسب شیمیایی) با روغنی حاوی ترکیبات ترمیم کننده است. با اضافه کردن اسید هیدروکلریک رقیق به این مخلوط، یک امولسیون از ریزقطره‌هایی با ابعاد بین 100 تا 300 نانومتر بدست می‌آید. هر یک از ریزقطره‌ها هسته‌ای روغنی دارند که توسط لایه‌ای نازک از ملکول‌های بیوتیل‌سیانوکریلیت پوشانده شده است. برای پایداری ریزقطره‌ها به امولسیون فوسفات اضافه می‌شود. با این کار بیوتیل‌سیانوکریلیت به یک پلاستیک سخت تبدیل می‌شود که بیرون کپسول را تشکیل می‌دهد.

با این وجود، بزرگ‌ترین چالش گروه تحقیقاتی در وهله اول، نه ساختن کپسول‌ها که تثبیت آنها در روند آبکاری بود. گالوانیزه کردن معمولا با فروبردن فولاد در روی مایع انجام می‌شود. گاهی هم برای فلزاتی نظیر نیکل و مس توسط الکترولیز صورت می‌گیرد. طی آبکاری الکتریکی، کپسول‌ها در مایع‌هایی که به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود، متمایل به چسبیدن به هم هستند و در محیط اسیدی یا قلیایی شدید که معمولا در این فرایند مشکل‌ساز است، از بین می‌رود. برای رهایی از این مشکلات دکتر داس‌سانتوز و دکتر مایر از شوینده‌ای ویژه استفاده می‌کنند که به پلی‌بیوتیل‌سیانوکریلیت می‌چسبد و به این ترتیب کپسول‌ها هم از چسبیدن به یکدیگر و هم در برابر الکترولیت‌ها محافظت می‌شوند.

محققان هم اکنون فناوریشان را در مورد مس، نیکل و روی اثبات کرده‌اند و باور دارند که فلزات خودترمیم طی چند سال آینده در دسترس خواهند بود. به علاوه اینکه نانوکپسول‌هایشان ممکن است کاربردهای دیگری هم در آینده پیدا کند. به عنوان نمونه، روان‌کننده‌هایی نظیر روغن‌های سیلیکونی می‌تواند در آنها قرار گیرد تا سطح بولبرینگ‌های آسیب دیده‌ای که روغنشان تمام شده، روانتر شده و دیرتر خراب شوند. ترکیبات ضد رسوب هم می‌توانند در این کپسول‌های روی سطح فلزات جای بگیرند تا برای محیط‌های دریایی قابل به کارگیری شود.