آشنایی با دنیای جدید و جذاب مواد خود ترمیم کننده

تصویر کیمیا تقدیری

کیمیا تقدیری

 

همه ما می دانیم که عمر مفید مواد محدود است زیرا هر جسم، جزء یا ماشینی، در یک لحظه خاص، در نهایت شکسته می شود. این به طور مداوم در انواع کاربردها اتفاق می‌افتد: ترک‌های آسفالت، ترک‌هایی در سیمان ظاهر می‌شوند، رنگ‌های محافظ آسیب می‌بینند و اجازه می‌دهند تا خوردگی ظاهر شود، حتی قطعاتی وجود دارد که تکه‌تکه می‌شوند.

شما در آستانه یک انقلاب مواد ایستاده اید. مواد خوددرمانی که زمانی صرفاً یک فانتزی آینده نگر بودند، اکنون به اجرای گسترده نزدیک‌تر شده‌اند.

وعده وسوسه انگیز آنها چیست؟

افزایش طول عمر محصول، کاهش ضایعات، و تغییر چشمگیر به سمت پایداری تولید. با این حال چالش های مهمی باقی مانده است. برای استفاده کامل از پتانسیل مواد خود ترمیم شونده، باید قابلیت ها و محدودیت های باورنکردنی آنها را درک کنید.

 

مقدمه ای بر مواد خود درمانی

دوام  :دنیایی را تصور کنید که در آن محصولاتی که به آنها تکیه می کنید توانایی فوق العاده ای برای تعمیر خود دارند، طول عمر آنها را افزایش می دهند و نیاز به تعویض مداوم را کاهش می دهند. به قلمرو مواد خود ترمیم شونده خوش آمدید، یک نوآوری پیشگامانه که دوام تولید را متحول می کند.

تقلید از انعطاف پذیری طبیعت:  مواد خود درمانی از ظرفیت چشمگیر طبیعت برای خود ترمیم الهام می گیرند. همانطور که موجودات زنده می توانند زخم ها را ترمیم کنند و جراحات را التیام بخشند، این مواد پیشرفته برای ترمیم مستقل ترک ها، فرورفتگی ها و سایر اشکال آسیب طراحی شده اند و یکپارچگی ساختاری و عملکرد آنها را بازیابی می کنند.

علم پشت شگفتی ها:  ترکیبی پیچیده از شیمی و مهندسی در هسته مواد خود ترمیم شونده قرار دارد. این مواد اغلب حاوی میکروکپسول ها یا شبکه های عروقی هستند که با یک عامل شفا دهنده واکنشی پر شده اند. هنگامی که آسیب رخ می دهد، این کپسول ها یا کانال ها پاره می شوند و عامل التیام دهنده آزاد می شود، که سپس پلیمریزه می شود یا واکنش شیمیایی برای مهر و موم کردن شکاف نشان می دهد.

کاربردهای متنوع، پتانسیل بی حد و حصر:  کاربردهای مواد خود ترمیم شونده صنایع متعددی از ساخت و ساز و هوافضا گرفته تا الکترونیک و خودرو را در بر می گیرد. ساختمان هایی را تصور کنید که بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری خود می توانند در برابر زلزله مقاومت کنند، اجزای هواپیما که می توانند در اواسط پرواز خود تعمیر شوند، یا گوشی های هوشمندی که می توانند خراش ها و ترک های خود را بهبود بخشند.

 

 

انواع مواد خود ترمیم شونده

همانطور که دیدیم، این مواد سعی می کنند از پاسخ سیستم ایمنی موجودات زنده برای ترمیم خود تقلید کنند، اما مکانیسم های مختلفی برای دستیابی به این هدف دارند:

 

میکروکپسول

این ساده ترین نوع مواد خود ترمیم شونده است و به نوبه خود، همه کاره ترین راه برای تبدیل یک ماده معمولی به یک ماده خود ترمیم شونده است. برای رسیدن به این هدف، میکروکپسول‌ها باید به مواد اضافه شوند. هنگامی که یک ترک، بریدگی، شکستگی یا آسیب رخ می دهد، میکروکپسول ها شکسته می شوند و ترکیباتی را آزاد می کنند که آسیب را پر کرده و جامد می شود، شکستگی را می بندد و مواد را به حالت اولیه باز می گرداند.

عیب این نوع مواد خود ترمیم شونده این است که تعداد دفعات ترمیم آن محدود است ، زیرا زمانی که تمام میکروسفرهای یک ناحیه معین شکسته شوند، امکان بازیابی از بین می رود.

 

کانال های عروقی

این نوع مواد خود ترمیم شونده بسیار شبیه به میکروکپسول ها است، زیرا همچنین بر اساس آزاد شدن ترکیباتی است که آسیب های ایجاد شده را پر کرده و برای ترمیم آن جامد می شود. با این حال، به جای اینکه کره‌هایی در داخل مواد پراکنده شوند، کانال‌هایی هستند که ترکیبات گفته شده را ذخیره می‌کنند و می‌توانند به صورت یک بعدی، دو بعدی یا سه بعدی مرتب شوند.

این کانال ها هنگامی که آسیب های مادی را تشخیص می دهند، محصولات تعمیر را آزاد می کنند. علاوه بر این، آنها را می توان به یک مخزن خارجی متصل کرد که می تواند مایع تعمیر را برای مدت طولانی تری فراهم کند، بنابراین عملکرد خود ترمیم برای مدت طولانی تری حفظ می شود.

 

ذاتا خود درمانی

این آخرین نوع مواد خود ترمیم شونده طیف وسیعی از مواد را در بر می گیرد که این ویژگی را دارند که می توانند خود به خود به شکل اولیه خود بازگردند، یا از طریق مشارکت انرژی خارجی مانند نور، گرما. ، یا ماهیت خودش.

این نوع شامل، به عنوان مثال، مواد حافظه شکل است که با اعمال گرما می توان آنها را به شکل اولیه خود بازگرداند. آینومرها ، که ساختار فیزیکی خود را دوباره سازماندهی می کنند تا آسیب خود را ترمیم کنند و حتی آن را مهر و موم کنند. یا انواع دیگر که از جمله آنها می توان به مواد ترموپلاستیک اشاره کرد که با اعمال حرارت به حالت جامد- مایع می روند و تا زمانی که بریدگی ها یا ترک های ایجاد شده پر و مهر و موم شوند جریان پیدا می کنند.

این نوع مواد این مزیت را دارند که تا زمانی که شرایط لازم برای شروع فرآیند خود ترمیم (گرما، نور، مواد کافی و غیره) را داشته باشند، رفتار خود ترمیمی آنها تقریباً نامحدود است . برعکس، آنها این عیب را دارند که این مواد باید به طور خاص فرموله شوند، به طوری که آنها فقط کاربردهای خاصی دارند و نمی توانند عملکرد یک ماده موجود را بهبود بخشند. ما پروژه ای را به شما نشان می دهیم که در ATRIA با این مواد خود درمانی انجام داده ایم. نتایج شگفت انگیز است!

 

کاربرد مواد خود ترمیم شونده

برخی از کاربردهای این نوع مواد به شرح زیر است:

 

خراشیده شده

اگر یک ماده خود ترمیم شونده خراشیده شد، می توانید خراش ها را ببندید یا آن را پر کنید و طوری بگذارید که گویی این ماده هرگز خراشیده نشده است. به عنوان مثال، این مورد در پوشش ها و رنگ های بدنه خودرو اعمال می شود، جایی که خراش منجر به رنگ آمیزی مجدد کل خودرو یا بخشی از آن می شود. یکی دیگر از برنامه‌های کاربردی برای مثال تلفن‌های همراه است، که در برخی از مدل‌ها از مواد خودترمیم‌شونده استفاده می‌کنند تا هم صفحه‌نمایش و هم کیس‌ها بدون خراش بماند .

 

ترک ها

تعداد زیادی از مواد و عناصر وجود دارد که در صورت ترک خوردن ، یکپارچگی یا عملکرد خود را از دست می دهند و نیاز به جایگزینی فوری دارند. با مواد خود ترمیم شونده می توان عمر مفید آنها را افزایش داد، مانند بال هواپیما، آسفالت در جاده ها یا عناصر ساختمانی که بازرسی و تعمیر آنها بسیار پرهزینه و پر زحمت است.

 

 

شکستن

خرابی هر جزء معمولاً به معنای حذف فوری آن و نیاز به استفاده از جایگزین است ، یا در صورت عدم موفقیت، تعمیر آن برای اتصال مجدد قطعات جداگانه. مواد خود ترمیم شونده ساخته شده‌اند که با اعمال فشار بین بخش‌های جدا شده ، می‌توان به اتحاد آن‌ها مانند چسب یا لحیم کاری بین آن‌ها دست یافت و همان مقاومتی را که در محل اتصال قبل از تقسیم شدن نشان داد، نشان داد.

 

خوردگی

هر گونه آسیبی که روی سطح رنگ، پوشش یا پوشش محافظ یک ماده فلزی ایجاد شود، می تواند باعث ایجاد خوردگی شود . اگر لایه محافظ مذکور بتواند در مدت زمان کوتاهی خود به خود ترمیم شود، از محیط بیرون جدا شده و در نتیجه از آن در برابر خوردگی محافظت می کند، از این امر اجتناب می شود. این نوع رنگ ها و پوشش ها در حال حاضر در بازار هستند و ممکن است تغییر بزرگی را در این صنعت در سال های آینده نشان دهند.اینها نمونه هایی از کاربردها و مواد خود ترمیمی هستند که در حال حاضر در بازار وجود دارند. علاوه بر این، همانطور که توضیح دادیم، در بسیاری از موارد تعداد برنامه ها می تواند نامحدود باشد که یک مزیت بزرگ است.

 

زیرساخت هوشمند

بتن خود ترمیم شونده پروژه های زیرساختی را در سطح جهانی متحول می کند. این ماده پیشرفته حاوی باکتری هایی است که با تشکیل ترک های آب بندی کلسیتی ایجاد می کنند. نتیجه؟ پل‌ها، جاده‌ها و ساختمان‌ها با افزایش طول عمر، کاهش هزینه‌های نگهداری و اثرات زیست‌محیطی. پلیمرهای پیشرفته با قابلیت های خود ترمیم مشابه در حال تعریف مجدد صنعت هوافضا و خودروسازی هستند.

 

پیشرفت های زیست پزشکی

در حوزه زیست پزشکی، هیدروژل‌های خود ترمیم‌شونده نویدبخش مهندسی بافت و سیستم‌های دارورسانی هستند. این مواد “هوشمند” می توانند پس از آسیب، خود را ترمیم کنند و از قابلیت های بازسازی بافت های بیولوژیکی تقلید کنند. این می تواند منجر به ماندگاری طولانی تر ایمپلنت شود و خطرات مرتبط با جایگزینی را کاهش دهد.

راه حل های پایدار

مواد خود ترمیم شونده با گسترش بنیادی چرخه عمر محصول، از تلاش‌های پایداری در بخش‌ها پشتیبانی می‌کنند. جایگزینی کمتر منجر به کاهش استخراج منابع، تولید گازهای گلخانه ای و ضایعات می شود. پذیرش این نوآوری ها با اصول اقتصاد دایره ای – طراحی زباله و آلودگی از همان ابتدا – مطابقت دارد.

 

آینده مواد خود درمانی در تولید

پتانسیل بی حد و حصر

همانطور که به آینده نگاه می کنید، پتانسیل مواد خود ترمیم شونده در تولید بی حد و حصر به نظر می رسد. این مواد پیشگامانه آماده هستند تا دوام و پایداری محصول را در مقیاسی بی سابقه متحول کنند. تکنیک‌های نوآورانه، مانند تعبیه کپسول‌های میکروسکوپی یا شبکه‌های عروقی در ساختار ماده، امکان تعمیر خودکار را در صورت بروز آسیب فراهم می‌کنند.

افزایش طول عمر

یکی از هیجان انگیزترین چشم اندازها در توانایی افزایش قابل توجه طول عمر محصول نهفته است. مواد سنتی اغلب در معرض ساییدگی و پارگی قرار می گیرند که منجر به جایگزینی یا دفع زودرس می شود. با این حال، قابلیت‌های خود ترمیمی این مواد پیشرفته را قادر می‌سازد تا به طور مداوم خود را ترمیم کنند و به طور موثر ساعت را در طول عمر قابل استفاده خود تنظیم مجدد کنند.

صرفه جویی در هزینه و پایداری

پیامدهای مواد خود ترمیم شونده بسیار فراتر از دوام به تنهایی است. با کاهش چشمگیر نیاز به تعویض های مکرر، تولیدکنندگان می توانند صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها داشته باشند و به طور همزمان اثر محیطی خود را به حداقل برسانند. محصولات دور ریخته شده کمتر منجر به ضایعات کمتری می شود که با تاکید روزافزون بر روی شیوه های پایدار در بخش تولید همسو می شود.

برنامه های کاربردی پیشگام

در حالی که هنوز در مراحل اولیه خود است، استفاده از مواد خود ترمیم شونده در حال حاضر راه حل های نوآورانه را در صنایع مختلف پیشگام می کند. از اجزای هوافضا که قادر به ترمیم ترک‌های میکروسکوپی هستند تا بتن خود ترمیم شونده برای پروژه‌های زیرساختی، امکانات بسیار زیادی وجود دارد. همانطور که تحقیق و توسعه ادامه دارد، انتظار داشته باشید که این مواد را در مجموعه ای از محصولات و فرآیندهای در حال گسترش مشاهده کنید.

آینده ای مقاوم

همانطور که آینده تولید را تصور می کنید، مواد خود ترمیم شونده نقشی اساسی در شکل دادن به یک صنعت انعطاف پذیرتر، پایدارتر و مقرون به صرفه تر ایفا می کنند. این مواد نوآورانه با بهره‌گیری از قدرت تعمیر خودکار، نگاهی وسوسه‌انگیز را به دنیایی ارائه می‌کنند که در آن دوام دیگر یک مصالحه نیست، بلکه یک ویژگی ذاتی است که در پارچه هر محصول ایجاد می‌شود.

 

 

 

همانطور که آموخته اید، مواد خود ترمیم شونده نشان دهنده یک پیشرفت انقلابی است که دوام و پایداری تولید را متحول می کند. با کاوش در مفاهیم کلیدی در پس این مواد آینده نگر، تکنیک های ساخت نوآورانه آنها و کاربردهای واقعی در صنایع، مشخص می شود که این مواد هوشمند آماده تغییر شکل طول عمر محصول هستند. در حالی که هنوز یک زمینه نوظهور است، فناوری خودترمیمی نوید زیادی برای بهبود فرآیندهای تولید، کاهش ضایعات و ایجاد طول عمر بی‌سابقه محصول دارد.

با آگاه ماندن و حمایت از تحقیقات بیشتر، همه ما در تحقق پتانسیل کامل مواد خود ترمیم کننده برای تأثیرگذاری بر آینده نقش ایفا می کنیم. با مجهز شدن به این دانش، می‌توانید ارزش فوق‌العاده‌ای را که این مواد برای تولید به ارمغان می‌آورند قدردانی کنید و برای توسعه و ادغام مداوم آنها در بخش‌ها هیجان‌زده شوید.

 

ارسال دیدگاه