Stel je een band voor die zou kunnen genezen na een lekke band of een rubberen band die nooit brak.

Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een nieuw type rubber ontwikkeld dat even taai is als natuurlijk rubber, maar ook zelfherstellend kan zijn.

Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

Zelfherstellende materialen zijn niet nieuw - onderzoekers van SEAS hebben zelfherstellende hydrogels ontwikkeld, die afhankelijk zijn van water om omkeerbare bindingen op te nemen die genezing kunnen bevorderen. Echter, het ontwikkelen van zelfherstellende eigenschappen in droge materialen, zoals rubber, is een grotere uitdaging gebleken. Dat komt omdat rubber is gemaakt van polymeren, vaak verbonden door permanente, covalente bindingen. Hoewel deze banden ongelooflijk sterk zijn, ze zullen nooit opnieuw verbinding maken als ze eenmaal zijn verbroken.

Om een ​​rubber zelfherstelbaar te maken, het team moest de bindingen die de polymeren met elkaar verbinden omkeerbaar maken, zodat de banden konden breken en hervormen.

"Eerder onderzoek gebruikte omkeerbare waterstofbruggen om polymeren te verbinden om een ​​rubber te vormen, maar omkeerbare bindingen zijn intrinsiek zwakker dan covalente bindingen, " zei Li-Heng Cai, een postdoctoraal onderzoeker bij SEAS en corresponderende auteur van het artikel. "Dit riep de vraag op, kunnen we iets moeilijks maken, maar toch zelfgenezen?"

Cai, samen met Jinrong Wu, een gasthoogleraar van de Universiteit van Sichuan, China, en senior auteur David A. Weitz, Mallinckrodt Hoogleraar Natuurkunde en Technische Natuurkunde, ontwikkelde een hybride rubber met zowel covalente als omkeerbare bindingen.

Het concept van het mengen van zowel covalente als omkeerbare bindingen om een ​​taaie, zelfherstellende rubber werd in theorie voorgesteld door Cai, maar nooit experimenteel aangetoond omdat covalente en omkeerbare bindingen niet graag mengen.

"Deze twee soorten obligaties zijn intrinsiek niet mengbaar, zoals olie en water, ' zei Cai.

Dus, de onderzoekers ontwikkelden een moleculair touw om deze twee soorten bindingen aan elkaar te binden. Dit touw, willekeurig vertakte polymeren genoemd, maakt het mogelijk om twee voorheen onmengbare bindingen homogeen op moleculaire schaal te mengen. Daarbij, ze waren in staat om een ​​transparante, moeilijk, zelfherstellend rubber.

Typisch rubber heeft de neiging te barsten op een bepaald spanningspunt wanneer er kracht wordt uitgeoefend. Wanneer uitgerekt, hybride rubber ontwikkelt zogenaamde crazes door het materiaal, een kenmerk vergelijkbaar met scheuren maar verbonden door vezelachtige strengen. Deze rages herverdelen de stress, er is dus geen plaatselijk stresspunt dat catastrofale storingen kan veroorzaken. Als de stress loskomt, het materiaal springt terug naar zijn oorspronkelijke vorm en de rages genezen.

Het Office of Technology Development van Harvard heeft een octrooiaanvraag ingediend voor de technologie en is actief op zoek naar commercialiseringsmogelijkheden.

Het zelfherstellende vermogen is aantrekkelijk voor een breed scala aan rubberproducten.

"Stel je voor dat we dit materiaal zouden kunnen gebruiken als een van de componenten om een ​​rubberen band te maken, "zei Wu. "Als je een snee in de band hebt, deze band zou niet meteen vervangen hoeven te worden. In plaats daarvan, het zou zichzelf genezen tijdens het rijden genoeg om je speelruimte te geven om dramatische schade te voorkomen."

"Er is nog veel te doen, "zei Weitz. "Voor materiaalwetenschap, het is niet helemaal duidelijk waarom dit hybride rubber craquelé vertoont wanneer het wordt uitgerekt. Voor techniek, de toepassingen van het hybride rubber die profiteren van de uitzonderlijke combinatie van optische transparantie, taaiheid, en het zelfgenezend vermogen moet nog worden onderzocht. Bovendien, het concept van het gebruik van moleculair ontwerp om covalente en omkeerbare bindingen te mengen om een ​​homogeen hybride elastomeer te creëren is vrij algemeen en zou de ontwikkeling van taaie, zelfherstellende polymeren voor praktisch gebruik."