В течение примерно шести тысяч лет люди использовали металл для создания вещей из-за сопротивления и прочности металла. Большое количество энергии требуется, чтобы повредить металлы. Тем не менее, другая половина этой картины заключается в том, что вам также понадобится огромное количество энергии для восстановления урона. Процесс ремонта включает плавление металла с использованием сварочных горелок, которые способны нагреваться до температуры 6300 ° F.
Инженеры Penn разработали новую технику, которая может помочь им восстанавливать металл при комнатной температуре. Эту технику называют лечебной, потому что она очень похожа на заживление кости; привлечение сырья и энергии из внешнего источника. Исследование было проведено Джеймсом Пикулем, доцентом кафедры машиностроения и прикладной механики, и Закарией Хсаин, аспирантом лаборатории Джеймса. Исследование было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
В дополнение к очевидным затратам энергии, которые связаны с существующим процессом ремонта металла, заставляя его плавиться более гибким способом; Есть несколько других компонентов, где такой подход к ремонту даже не подходит. Например, плавление удаляет сложную внутреннюю структуру металлических пен, металлов, которые имеют внутренние воздушные карманы. Расположение пространств и распорок уменьшает вес материала при сохранении общей прочности.
В поисках способов ремонта таких пористых материалов Пикуль и Хсейн наткнулись на самовосстанавливающиеся материалы, которые разработаны с использованием более мягких полимеров и пластмасс. Пикуль говорит: «Способ, которым люди сегодня излечиваются, заключается в том, чтобы пропитывать эти полимеры различными химическими веществами, которые, когда полимер разрушается, высвобождаются и смешиваются, как эпоксидная смола, склеивая материал вместе. Этот подход работает для полимеров, потому что полимеры могут течь и относительно легко изменить форму при комнатной температуре, но это означает, что в результате они имеют ограниченную прочность ».
Чтобы вылечить металлические пенопласты, которые имеют лучшие структурные свойства по сравнению с полимерами, Пикуль и Хсейн начали процесс с поиска способа, который позволил бы им «почувствовать», где они были повреждены. Вместо того, чтобы использовать дополнительные химические вещества, которые используются при ремонте, исследователи решили, что они могут использовать разрушение полимерного слоя в качестве формы химического сигнала. Дуэт полагался на химическое осаждение из паровой фазы, чтобы равномерно покрыть каждую стойку в никелевой форме, используя слой Parylene D. Parylene D – химически инертный и эластичный полимер.
Материал имеет устойчивость к повреждениям, которая немного меньше, чем у никеля. Это подразумевает, что он разрушается до того, как образец поврежден, тем самым выявляя металл под ним. Затем исследователи использовали гальваническое покрытие для создания новых никелевых стоек только на незащищенном никеле, где они действительно необходимы. Гальваника потребляет меньше энергии по сравнению с и может проводиться при комнатной температуре.
Пикуль говорит: «В отличие от полимеров, металлы не текут при комнатной температуре. Хорошая вещь об электрохимии состоит в том, что ионы металлов могут легко перемещаться через жидкий электролит. Затем мы используем электрохимию для превращения ионов в твердый металл. Полимер действует как литографическая маска и позволяет ионам превращаться в металл только там, где сломалась металлическая пена ». Исследователи смогли излечить три типа повреждений в своих экспериментах, которые были выполнены на сантиметровых образцах никелевой пены, покрытой полимером; трещины, разделявшиеся до тех пор, пока образец не был соединен несколькими распорками, и образец был разрезан надвое.
Процесс заживления занял примерно четыре часа. Так как процесс гальваники действует одновременно на весь открытый никель, время, необходимое для отверждения, не зависит от размера образца. Пикуль говорит: «Я думаю, что большинство людей сказали бы, что кость – это самовосстанавливающийся материал, и я думаю, что на практике наш материал очень похож на кость. Кость также не полностью автономна; Вы нуждаетесь в источнике энергии и питательных веществ для лечения, которые поступают от еды. В нашей системе они работают аналогично ванне с гальваническим напряжением ».
Пикуль также добавляет: «Электролитическая жидкость, которая позволяет заживать, может быть интегрирована в металлическую пену, чтобы она напоминала кровь в нашем организме. Как только пена разрушится, электролит окружит разрушенную область и отвердит металл после приложения внешнего напряжения, которое может быть от батареи.
