211service.com
En metalbelægning, der reparerer sig selv
Fly, biler og skibe, der ikke korroderer, er løftet om selvhelbredende malingsbelægninger og polymermaterialer. Nu forskere ved Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation og universitetet i Duisburg-Essen i Tyskland er kommet frem til en metalbelægning, der muligvis kan reparere sig selv efter at have pådraget sig skader.
Helbredende bobler : Små væskefyldte kapsler på et par hundrede nanometer brede er spredt ud over et tyndt elektropletteret metallag. Kapslerne kunne fyldes med polymerer for at lave metalbelægninger, der reparerer sig selv.
Det selvhelbredende metal kan galvaniseres, hvilket åbner op for anvendelser inden for byggeri, bilfremstilling og andre industrier, der bruger eller fremstiller stålmaskiner. (Møtrikker, bolte og skruer lavet af stål, som er følsomt over for korrosion, er allerede galvaniseret med rustfaste metaller som zink og krom.)
Den nye belægning er omkring 15 mikrometer tyk og indeholder polymerkapsler på et par hundrede nanometer i diameter. Når pletteringen er ridset, bør kapslerne briste og frigive deres indhold - hvilket kunne være en polymer, der er i stand til at forsegle revnen, eller korrosionshæmmende væsker.
Indtil videre har forskerne lavet nanokapsel-infunderede belægninger af metaller eller legeringer, herunder kobber, zink og nikkel. I princippet burde det være muligt at lave dem af ethvert metal, der kan galvaniseres, siger Harald Holeczek, en Fraunhofer-forsker, der var involveret i arbejdet.
Selvom Holeczek og hans kolleger endnu ikke har demonstreret materialets selvhelbredende egenskab, er det vigtigt at kunne inkorporere væskefyldte nanokapsler i elektropletterede lag, siger Michael Kessler , professor i materialevidenskab og ingeniør ved Iowa State University. Dette er den første selvhelbredende belægning, der kan galvaniseres, siger han. Fordelen er, at galvanisering er en meget anvendt industriel proces.
Væsken inde i nanokapslerne kan skræddersyes til en række forskellige formål. For eksempel kan kapsler i plettering af kuglelejer fyldes med mineralske olier for at gøre lejerne selvsmørende. Kapsler fyldt med farvede væsker eller duftende olier kan lave metaldele, der ændrer farve eller frigiver en lugt, når de bliver beskadiget. Endnu bedre kan flere forskellige typer kapsler inkorporeres i et metallag, siger Holeczek. For eksempel kan det være muligt at bruge farve eller duft i et øvre lag for at signalere slid eller beskadigelse og bruge noget hæmmende middel i et dybere lag for at forhindre alvorlig skade.
Galvanisering involverer at føre en strøm gennem en elektrolytopløsning indeholdende positive metalioner. Genstanden, der skal belægges, får en negativ ladning og nedsænkes i elektrolytten. De positive ioner tiltrækkes af den negative overflade, hvilket skaber et tyndt lag metal.
Fraunhofer-forskerne fremstiller nanokapslerne separat, før de tilsættes dem til en elektrolytopløsning. Men at lave kapsler, der overlevede galvaniseringsprocessen, var ikke let - de hårde elektrolytter kan nemt nedbryde kapslerne, siger Holeczek. Derudover har de meget små kapsler en tendens til at klæbe til hinanden, når de først er indført i et vandigt medium. Så forskerne var nødt til at tilføje en proprietær blanding af kemikalier til elektrolytopløsningen og til selve kapslerne for at forhindre dette i at ske.
Som et resultat kan nanokapslerne integreres i den tynde plettering uden at påvirke dens hårdhed og andre mekaniske egenskaber, siger Holeczek. De er også fordelt jævnt gennem metallaget, hvilket betyder, at der er en større chance for, at kapslerne åbner, selv når skaden er mindre.
Paul Braun , en materialevidenskab og ingeniørprofessor ved University of Illinois i Urbana-Champaign, har lavet et mikrokapselhelingssystem, der kan tilføjes til en lang række malinger og beskyttende belægninger, og som nu markedsføres. Han siger, at det at gøre kapslerne for små kan besejre formålet: Hvis du har en 15 mikrometer bred ridse, så kan du ikke frigive nok materiale til at fylde revneplanet.
Men når forskerne kommer frem til den passende kemi for at vise, at materialet kan hele sig selv, siger Braun, kan det åbne op for et helt nyt mulighedsrum.