(PhysOrg.com) -- In de superkleine wereld van nanostructuren, een team van polymeerwetenschappers en ingenieurs aan de Universiteit van Massachusetts Amherst heeft ontdekt hoe reparaties op nanoschaal aan een beschadigd oppervlak kunnen worden uitgevoerd, vergelijkbaar met het ter plaatse vullen van een bekrast autospatbord in plaats van het hele onderdeel opnieuw op te lossen. Het werk bouwt voort op een theoretische voorspelling van chemisch ingenieur en co-auteur Anna Balazs van de Universiteit van Pittsburgh.

Hun ontdekking wordt deze week gerapporteerd in het huidige nummer van Natuur Nanotechnologie . De nieuwe techniek heeft veel praktische implicaties, vooral dat het repareren van een beschadigd oppervlak met deze methode aanzienlijk kleinere hoeveelheden materiaal zou vereisen, het vermijden van de noodzaak om hele oppervlakken te coaten wanneer slechts een klein deel is gebarsten, zegt teamleider en UMass Amherst-polymeerwetenschapper Todd Emrick.

"Dit is vooral belangrijk omdat zelfs kleine breuken dan kunnen leiden tot structureel falen, maar onze techniek zorgt voor een sterke en effectieve reparatie. De behoefte aan snelle, efficiënte coating- en reparatiemechanismen zijn tegenwoordig alomtegenwoordig in alles, van vliegtuigvleugels tot micro-elektronische materialen tot biologische implantaten, " hij voegt toe.

Op nanoschaal is beschadigde gebieden hebben typisch kenmerken die heel anders zijn dan hun onbeschadigde omringende oppervlak, inclusief verschillende topografie, bevochtigende eigenschappen, ruwheid en zelfs chemische functionaliteit, Emrick legt uit. Hij voegt toe, "Anna Balazs voorspelde, met behulp van computersimulatie, dat als nanodeeltjes in een bepaald type microcapsule zouden worden vastgehouden, ze zouden een oppervlak onderzoeken en nanodeeltjes afgeven in bepaalde specifieke gebieden van dat oppervlak, " effectief een spot-repair mogelijk maken.

Deze visie van capsules die hun inhoud in een slimme, getriggerde mode, bekend als "reparatie-en-go, " is kenmerkend voor biologisch proces, zoals in witte bloedcellen, Emrick voegt eraan toe.

Hij zegt dat het experimentele werk om het concept te ondersteunen inzicht vereiste in de chemie, fysica en mechanische aspecten van inkapseling van materialen en gecontroleerde afgifte, en werd bereikt door samenwerking tussen drie laboratoria voor polymeermaterialen in UMass Amherst, onder leiding van Alfred Crosby, Thomas Russel en hijzelf.

De onderzoekers laten zien hoe het gebruik van een polymere oppervlakteactieve stof oliedruppels in water stabiliseert (in emulsiedruppels of capsules), nanodeeltjes efficiënt inkapselen, maar op een manier waarop ze desgewenst kunnen worden vrijgegeven, omdat de capsulewand erg dun is.

"Toen ontdekten we dat de capsules die nanodeeltjes bevatten over beschadigde substraten rollen of glijden, en zeer selectief hun nanodeeltjesinhoud in de beschadigde (gebarsten) gebieden deponeren. Omdat de nanodeeltjes die we gebruiken fluorescerend zijn, hun lokalisatie in de gebarsten regio's is duidelijk zichtbaar, net als de selectiviteit van hun lokalisatie."

Met behulp van snelle en selectieve afzetting van sensormateriaal in beschadigde gebieden, hun innovatieve werk biedt ook een nauwkeurige methode voor het detecteren van beschadigde substraten, benadrukt hij. Eindelijk, de nieuwe inkapselingstechnieken maken levering van hydrofobe objecten in een op water gebaseerd systeem mogelijk, verder uitsluiten van de noodzaak van organische oplosmiddelen in industriële processen die nadelig zijn vanuit milieuoogpunt.

Emrick zegt, "Nadat het concept experimenteel is gerealiseerd, vooruitkijkend hopen we nu herstel van mechanische eigenschappen van gecoate objecten aan te tonen door de samenstelling van de geleverde nanodeeltjes aan te passen."