مادة ذاتية الإلتئام

Self-healing materials are a class of smart materials that have the structurally incorporated ability to repair damage caused by mechanical usage over time. The inspiration comes from biological systems, which have the ability to heal after being wounded. Initiation of cracks and other types of damage on a microscopic level has been shown to change thermal, electrical, and acoustical properties, and eventually lead to whole scale failure of the material. Usually, cracks are mended by hand, which is difficult because cracks are often hard to detect. A material (polymers, ceramics, etc.) that can intrinsically correct damage caused by normal usage could lower production costs of a number of different industrial processes through longer part lifetime, reduction of inefficiency over time caused by degradation, as well as prevent costs incurred by material failure. For a material to be defined as self-healing, it is necessary that the healing process occurs without human intervention. Some examples shown below include healing polymers that are not "self-healing" polymers.

Nanotechnology material, heal thyself

(أضواء على Nanowerk) إذا أحدثت بترا في إصبعك -- وبعد بضعة أيام فإن بشرتك تعافى تماما من جديد. الكائنات الحية لديها قدرة مذهلة على البدء التلقائي للشفاء الذاتي وإصلاح الجروح والقطوعات ، إذا لحقت أضرار بالكائن. فهماء ومهندسوالمواد يحلمون بصنع مواد يمكن حتى تعمل الشيء نفسه. تخيل الإصلاح الذاتي للسيارات والطائرات والجسور أوالمباني. هذه المواد يمكن حتى تكون ذات فائدة خاصة في الهياكل التي هي في الوقت الحاضر غير عملية أويستحيل إصلاحها ، مثل لوحات الدوائر الإلكترونية ، والأجهزة الطبية من ذلك النوع أوالمركبات الفضائية.مواد الإصلاح الذاتي سيكون لها تأثير هائل على جميع الصناعات تقريبا ، حيث ستؤدى إلى إطالة عمر المنتج، وزيادة السلامة ، وخفض تكاليف المنتج عن طريق تخفيض متطلبات الصيانة. بفضل تكنولوجيا النانو، وهذه الرؤى تأتي أقرب إلى الواقع.عن طريق نهج واحد هوإستخدام nanocontainers التي تمتلك القدرة على إطلاق مواد فعالة مغلفة بطريقة معينة وخاضعة للرقابة ، مما يؤدى إلى عائلة جديدة من طلاء الإصلاح الذاتى.

"تطوير جيل حديث من الطلاء للمواد ذاتية الإلتئام والمواد السائبة، والتي على حد سواء لها خصائص ميكانيكية سلبية نشأت من المواد المصفوفة ذات إستجابة نشطة وحساسية للتغيرات في البيئة المحلية أولسلامة المصفوفة السلبي،" يفتح مجالا جديدا لتصنيع أسطح وظيفية مستقبلية من السطوح العالية "، يقول الدكتور هيلموت Möhwald. يمكن حتى تتكون الأسطح "النشطة من سطوح مصفوفة سلبية الموروثة من نهج" كلاسيكي" للطلاء والهياكل الفعالة للاستجابة السريعة لخصائص الطلاء الخارجي الخاضع للتأثيرات البيئية، والطلاء يمكنه تقديم إبراز المادة الفعالة وإصلاح سريع بعد التغيرات في هجريبة الطلاء. "

Möhwald ، المدير في معهد ماكس بلانك للغرويات والأسطح في بوتسدام، ألمانيا، جنبا إلى جنب مع الدكتور ديمتري شتشوكين حيث خط استعراضا على "طلاءات الإلتئام الذاتي المتضمنة أحدث Nanoreservoirs " في العدد الأخير .

Möhwald وشتشوكين قد شرحا حتى هناك أساسا طريقتان لتطوير " الأسطح الذكية"

1) تصنيع أنظمة مركبة نشطة من الطبقات التي فيها يتناوب طلاء المصفوفة السلبي مع طبقات الطلاء التي تحمل عنصرا نشطا (على سبيل المثال، موانعا التآكل، ومواد التشحيم).

2) دمج حاويات نانومترية (ناقلات) محملة بالمكونات النشطة إلى مكونات الطلاءات التقليدية القائمة.

الشكل التوضيح التخطيطي للانحباس / الافراج عن المواد النشطة.

أ) يتم تضمين المادة الفعالة في المصفوفة "السلبي" للطلاء.

ب) يتم تغليف المواد النشطة إلى nanocontainers بقذيفة تمتلك خصائص رقابة نفاذية.

Schematic illustration of the entrapment/release of active materials. A) Active material is embedded in the “passive” matrix of the coating; B) active material is encapsulated into nanocontainers with a shell possessing controlled permeability properties. (Reprinted with permission from Wiley) The first approach has significant shortcomings with regard to stability and self-repairing activity of the coating. Moreover, spontaneous leakage from the surface can occur during aging. The second approach, loading active compounds into nanocontainers with a shell possessing controlled permeability and then to introduce them into the coating matrix, is much more promising. "Here, the nanocontainers are uniformly distributed in the passive matrix keeping active material in a 'trapped' state, thus avoiding the undesirable interaction between the active component and the passive matrix, leading to spontaneous leakage" says Shchukin. "When the local environment undergoes changes or if the active surface is affected by the outer impact, the nanocontainers respond to this signal and release encapsulated active material." The authors point out that the most important task for the second approach is to develop nanocontainers with good compatibility with the matrix components, the possibility to encapsulate and upkeep active material, and control of the permeability properties of the shell through external stimuli. "The nanocontainers should also be of a size less than 300–400 nm; nanocontainers of larger size can damage the integrity of the coating matrix forming large hollow cavities, which reduce the passive protective properties of the coating." The review discusses several types of coatings and self-healing or self-repairing mechanisms. The first one and the oldest one are self-repairing polymeric materials where micrometer-scale containers are introduced into the polymer body. Polymeric materials capable of smart self-repair consist of several parts: a stimulus to release the repairing chemical such as the cracking of a microcontainer; a microcontainer; a repair chemical monomer carried within; and a method of hardening the microcontainer load in the polymer matrix. "With very recent developments in nanotechnology, elaborate and multifunctional surface coatings with precise architectural and chemical control on the nanoscale are becoming easily accessible" says Möhwald. "Layer-by-layer deposition techniques, nanoparticle surface-modification chemistry, and nanoreactor chemistry are employed to construct thin-film coatings with distinct layered functional regions."

^ [1]