In plaats van je kapotte laarzen of gebarsten speelgoed weg te gooien, waarom niet laten repareren zichzelf? Onderzoekers van de University of Southern California Viterbi School of Engineering hebben 3D-geprinte rubbermaterialen ontwikkeld die precies dat kunnen.

Universitair docent Qiming Wang werkt in de wereld van 3D-geprinte materialen, het creëren van nieuwe functies voor verschillende doeleinden, van flexibele elektronica tot geluidsregeling. Nutsvoorzieningen, werken met Viterbi-studenten Kunhao Yu, een Xin, en Haixu Du, en University of Connecticut assistent-professor Ying Li, ze hebben een nieuw materiaal gemaakt dat snel kan worden vervaardigd en zichzelf kan herstellen als het breekt of lekt. Dit materiaal kan baanbrekend zijn voor industrieën zoals schoenen, banden, zachte robotica, en zelfs elektronica, het verminderen van de productietijd en het verhogen van de duurzaamheid en levensduur van het product.

Het materiaal wordt vervaardigd met behulp van een 3D-printmethode die gebruik maakt van fotopolymerisatie. Dit proces maakt gebruik van licht om een ​​vloeibare hars in een gewenste vorm of geometrie te laten stollen. Om het zelfgenezend te maken, ze moesten wat dieper in de chemie achter het materiaal duiken.

Fotopolymerisatie wordt bereikt door een reactie met een bepaalde chemische groep genaamd thiolen. Door een oxidatiemiddel aan de vergelijking toe te voegen, thiolen transformeren in een andere groep, disulfiden genaamd. Het is de disulfidegroep die in staat is om te hervormen wanneer gebroken, leidend tot het zelfgenezend vermogen. Het vinden van de juiste verhouding tussen deze twee groepen was de sleutel tot het ontsluiten van de unieke eigenschappen van de materialen.

"Als we het oxidatiemiddel geleidelijk verhogen, het zelfgenezend gedrag wordt sterker, maar het fotopolymerisatiegedrag wordt zwakker, " legde Wang uit. "Er is concurrentie tussen deze twee gedragingen. En uiteindelijk hebben we de verhouding gevonden die zowel een hoge zelfgenezing als een relatief snelle fotopolymerisatie mogelijk maakt."

In slechts 5 seconden, ze kunnen een vierkant van 17,5 millimeter afdrukken, voltooi hele objecten in ongeveer 20 minuten die zichzelf in slechts een paar uur kunnen repareren. In hun studie hebben gepubliceerd in NPG Azië-materialen , ze demonstreren het vermogen van hun materiaal op een reeks producten, inclusief een schoen pad, een zachte robot, een meerfasige composiet, en een elektronische sensor.

Na te zijn gehalveerd, in slechts twee uur bij 60 graden Celsius (vier voor de elektronica vanwege de koolstof die wordt gebruikt om elektriciteit over te brengen) zijn ze volledig genezen, hun kracht en functie behouden. De reparatietijd kan worden verkort door alleen de temperatuur te verhogen.

"We laten eigenlijk zien dat het materiaal onder verschillende temperaturen - van 40 graden Celsius tot 60 graden Celsius - tot bijna 100 procent kan genezen, " zei Yu, die de eerste auteur van de studie was en bouwtechniek studeert. "Door de temperatuur te veranderen, we kunnen de genezingssnelheid manipuleren, zelfs bij kamertemperatuur kan het materiaal zichzelf nog herstellen"

Na het veroveren van 3D-printbare zachte materialen, ze werken nu aan de ontwikkeling van verschillende zelfherstellende materialen met een reeks stijfheden, van het huidige zachte rubber, tot harde harde kunststoffen. Deze kunnen worden gebruikt voor auto-onderdelen, composiet materialen, en zelfs kogelvrije vesten.