جستجو در تالارهای گفتگو

زخم پوست و یا شکستگی استخوان دیر یا زود و بصورت خود بخود ترمیم می‌شود، ولی خراش رنگ خودرو یا ترک بال هواپیما اینچنین نیست و هرگز خود به خود ترمیم نمی‌شود. مواد با خاصیت خودترمیمی مقاومت محصولات را افزایش و تعمیر و ترمیم آنها را تسهیل می‌کنند.Krzysztof Matyjaszewski و همکارانش در دانشگاه کارنجی ملون(آمریکا) و دانشگاه کیوشو(ژاپن) پلیمری ساخته‌اند که با قرار گیری در معرض نور فرابنفش بارها خود را ترمیم می کند. بنا به گزارش دانشمندان در مجله AngewandteChemie، این پلیمرها اولین موادی‌ هستند که در آن پیوندهای کووالانسی مکرراً به همدیگر متصل می‌شوند و باعث اتصال تکه‌های کاملاً جدای از هم به یکدیگر می‌شوند. مواد جامد خودترمیم که قبلاً تولید شده‌اند، شامل کپسول‌های ریزی بودند که در هنگام آسیب دیدن ماده پاره شده و مواد شیمیایی را برای ترمیم محل خراش آزاد می‌کردند و تنها یکبار توانایی ترمیم را داشتند. سایر انواع این مواد، مانند برخی ژل ها، می‌توانند بارها با از دست دادن پیوندهای کووالانسی که عامل افزایش پایداری و مقاومت موادهستند، خود را ترمیم کنند. مواد پلیمری جدید تولید شده توسط تیم آمریکایی و ژاپنی، پایدار بوده وقابلیت ترمیم مکرر خود را دارند. راز موفقیت این تیم در ایجاد اتصالات عرضی در پلیمر با واحد‌های تری تیوکربنات می‌باشد. این واحدها اتم‌های کربنی هستند که به سه اتم سولفور متصل شده‌اند، دو تا از آن‌ها برای اتصال به اتم کربن دیگر از موقعیت دوم اتصال شان استفاده کرده‌اند. این گروه‌ها شامل خواص ویژه بازسازی خودزیر نور UV هستند. نور، پیوند کربن سولفور را در تری تیوکربنات می‌شکند، و سبب تولید دو رادیکال آزاد می‌شود. این رادیکال‌ها بسیار فعال بوده و از یک طرف گروه‌های تری تیوکربنات را برای تشکیل پیوند کربن سولفور به هم متصل می‌کند و از طرف دیگر برای افزایش رادیکال، پیوند‌های دیگر را می‌شکنند. این واکنش زنجیری با واکنش دو رادیکال خاتمه می‌یابد. محققان توانسته‌اند تکه‌های بریده شده پلیمری را توسط پرتوافکنی با غوطه ور کردن آن‌ها در حلال یا بصورت توده ترمیم کنند. آن‌ها فقط لبه‌های بریده شده را محکم به همدیگر فشار داده و پرتو افکنی انجام دادند. لبه‌ها بوسیله سازمان دهی مجدد رادیکال‌ها (که در بالاتوضیح داده شد)به یکدیگر متصل می‌شوند. پلیمرهایی با اتصالات عرضی تری تیوکربنات (TTC) پلیمریزه شده به روش RAFT، که تحت نور UV ترمیم می شوند. اثر خودترمیمی می‌تواند بیشتر از اینها هم پیشرفت کند: حتی نمونه‌های پلیمری تکه تکه شده را می‌توان به آسانی به همدیگر فشرد و با پرتوافکنی به همدیگر آمیخت و به صورت یک تکه پیوسته درآورد. فرایند خود ترمیمی می‌تواند مکرراً روی همان نمونه انجام شود. در نهایت می‌توان گفت که این مواد به خاطر تجدید پذیریشان بسیار جالب خواهند بود.

مواد خود ترمیم شونده موادی با قابلیت ترمیم در مقابل خراش و خمش می‌باشند که امروزه توجه زیادی را در علم مواد به خصوص در مواد پلیمری با این خاصیت به خود جلب کرده‌اند. با استفاده از این مواد هواپیماها می‌توانند ایمنی سفر خود را حتی در صورت آسیب دیدن حفظ کنند، پل‌ها می‌توانند در حین زلزله و بعد از زلزله پایدار بمانند، کشتی‌ها می‌توانند با وجود صدمه دیدن در دریاهای بزرگ شناور بمانند، تجهیزات نفتی و خط لوله‌ها می‌توانند در برابر آسیب های طبیعی مقاومت کنند. به علت نیاز به ارتقاء پایداری، ایمنی و زیبایی محصولات، بازارهای آینده بیشتر نیازمند این مواد خواهد بود. کاتالیزورهای پنهان پیشرفت های تازه‌ای در زمینه مواد خود ترمیم شونده توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه Eindhoven هلند انجام شده است. در این مواد کاتالیزور‌های پلیمریزاسیون همگن و پنهان بکار رفته است که با قرار گرفتن در معرض نیروهای مکانیکی مانند خمش، خراش، پارگی و یا افزایش تنش فعال می‌شوند. قبلاً نیز کاتالیست هایی ساخته شده بود که با انرژی حرارتی و نور و مواد ترمیم کننده فعال می‌شدند. کاتالیست تولیدی این گروه تحقیقاتی شامل هسته‌ی فلزی (نقره یا روتنیوم) ترکیب شده با یک جفت لیگاند آلی است که به انتهای زنجیر پلیمر متصل می شود. در غیاب فلز نیز این دو لیگاند کار کاتالیزوری را انجام می‌دهند. ماده‌ی ساخته شده توسط گروه در محلول حل شد و در آزمایشی با اعمال نیروی مکانیکی بوسیله منبع پالس‌های فراصوت، پیوند بین کمپلکس فلز و یکی از لیگاندهای آلی متصل به زنجیر (ضعیف ترین نقطه در زنجیر) شکسته می شود. در نتیجه مرکز هسته‌ی فلزی آزاد و به عنوان کاتالیزور پلیمریزاسیون عمل می‌کند. تحت شرایط نرمال (نبود تنش مکانیکی) این کاتالیزور‌های پنهان، دست نخورده باقی می‌مانند. با جدا شدن یکی از لیگاندهای پلیمری، کاتالیست فعال شده و واکنش پلیمریزاسیون انجام می شود. به این ترتیب حضور این کاتالیزورهای پنهان در مواد و پوشش‌ها باعث ترمیم ماده تحت تنش های اعمال شده به ترک ها و خمیدگی‌ها می‌شود. هدف این گروه استفاده از این کاتالیزورها در ساختار ماده است تا ماده توانایی ترمیم تحت تنش های مکانیکی اضافی را پیدا کند. در کار آزمایشگاهی تنش های ایجاد شده توسط مایع فرا صوت، انتهای پلیمر متصل به یون فلزی را برای انجام پلیمریزاسیون در ماده می‌شکند. این نوع مهندسی مولکولی دو نوع واکنش متفاوت را ممکن می‌سازد: پلیمریزاسیون و واکنش های انتقال استریفیکاسیون. در ضمن این گروه تحقیقاتی برای آزمایش تنها از روش فرا صوتی استفاده کرده است. فعال سازی فراصوتی در محلول های مایع، شامل چند کمبود و نقص از جمله عدم کنترل روی نیروهای مکانیکی و بازگشت ناپذیر بودن فعال سازی کاتالیزور می باشد. محققان انتظار داشتند وقتی پالس‌های فراصوتی قطع می‌شوند پلیمرهای لیگاند دار و فلز، پیوند تشکیل داده و کاتالیست دوباره تشکیل شود. به هر حال وقتی ترکیب در مواد شبکه ای با اتصال عرضی یا پوشش ها اتفاق می‌افتد، این محدودیت برای این کاتالیست های جدید کم می‌شود. اگرچه این کار امیدهای زیادی را نشان می‌دهد، این گروه قصد دارد در کار بعدی پایداری کاتالیست و توانایی آنرا برای فعالیت افزایش دهد. نتایج این تحقیقات در مجله Nature Chemistry منتشر شده است. شبیه سازی سیستم گردش خون دانشمندان دانشگاهIllinois یک شبکه سه بعدی عروقی ساخته‌اند که بسیار شبیه سیستم لنفاوی (عروقی) بدن است که مکانیسم خود ترمیم شوندگی را بهبود می‌دهد. همانطور که در زخم پوست، خون جلوی آسیب را می‌گیرد، با ایجاد خراش در این مواد پلیمری جدید، عامل ترمیم کننده موجود در شبکه فعال می‌شود تا با کاتالیست برای پر کردن شکاف های سطح واکنش دهد. ترک های پوشش به واسطه مواد ترمیمی موجود در شبکه زیرلایه، خود به خود ترمیم می شوند. مواد ترمیمی موجود در شبکه میکروکانال ها (قرمز رنگ) در اثر تماس با ذرات کاتالیست (بنفش) در ناحیه ترک تشکیل پلیمر می دهند. این ماده به صورت دو لایه می باشد. زیرلایه (قسمت قرمز رنگ) حاوی مجموعه ای از میکروکانال ها، مانند یک سیستم عروقی، می باشد که یک مایع ترمیمی را حمل می کنند. پوشش پلیمری (لایه سطحی) حاوی ذرات کاتالیست (به رنگ بنفش) می باشد که در آن پخش شده است و در اثر تماس با مایع ترمیمی پلیمریزاسیون انجام می شود. تا زمانی که ترکی در سطح ایجاد نشده است، مواد ترمیمی در داخل میکروکانال ها در حالت مایع باقی می ماند. زمانی که ترک رشد می کند و به زیر لایه می رسد، مایع ترمیمی از داخل میکروکانال ها به بیرون تراوش نموده، در اثر تماس با کاتالیست پلیمر تشکیل شده و ترک پر می شود. نکته حائز اهمیت این است که ترک در یک نقطه تا هفت بار می تواند ترمیم شود. ترمیم تحت نور ماورا بنفش مطالعات دیگری بر روی مواد خود ترمیم شونده توسط دانشمندان مواد دانشگاه می‌سی سی پی جنوبی منجر به تولید پوشش‌های بی نظیری شده است. به طور مثال یکی از این پلیمرها شامل سه ماده‌ی شیمیایی اصلی پلی یورتان، چیتوسان(CHI) و اکستان(OXE) است که ماده تحت تاثیر اشعه فرابنفش خورشید ترمیم می‌شود. چیتوسان CHI چقرمه بوده و بسیار حساس به نور ماورا بنفش است و پوشش خارجی خرچنگ ها و حشرات را تشکیل می‌دهد، ونیز اکستان OXE از چهار حلقه‌ی ناپایدار تشکیل شده است. وقتی تنش‌های اضافی منجر به ایجاد خراش بر روی پلی یورتان می‌شود، حلقه‌های OXE باز شده و تمایل زیادی را برای تشکیل پیوند نشان می‌دهند. به طور همزمان اشعه UV خورشید CHI را برای ایجاد پیوندهای جدید با حلقه‌‌های باز شده‌ی فعال OXE آماده می‌کند و به این ترتیب مکان آسیب دیده ترمیم شده و سطحی صاف بدست می‌آید. یک خراش در فیلم پلی یورتان با قابلیت خود ترمیمی، در معرض نور UV ترمیم می شود. از چپ به راست: خراش اولیه، خراش پس از ۱۵ دقیقه، و پس از ۳۰ دقیقه که خراش تقریباً به طور کامل از بین رفته است. ترک هایی که با افزایش دما از بین می روند یک پلیمر با باندهای ضعیف برگشت پذیر که قادر به ترمیم خود در گرماست توسط شیمیدان های انگلیسی و امریکایی ساخته شده است. این پروژه تلاشی برای طراحی پلیمرهایی با خاصیت جمع شدگی و برگشت پذیری است. این گروه یک ساختار پلیمری را طراحی کرد که با استفاده از برهم‌کنش‌های آروماتیک الکتریکی کنار هم قرار می‌گیرند و با حرارت دادن به دماهای معتدل به راحتی آسیب را برطرف می‌نمایند. در پلیمرهای خود ترمیم شونده قبلی اغلب به واکنش های قوی و مواد افزودنی برای راحت‌تر کردن پروسه‌ی ترمیم نیاز بود. در سیستم هایی که از دو پلیمر استفاده می‌شود، اغلب یکی بزرگتر از دیگری است. پلیمر بزرگتر به طور طبیعی تاه می‌خورد تا برهمکنش‌های جاذب با بخش های گیرنده کم الکترون قیچی مانند بیشینه شود. پلیمر کوچکتر خطی، با یک گروه آروماتیک انتهایی داخل تاهای پلیمر بزرگ قرار می‌گیرد. اجزاء آروماتیک کنار هم جمع شده و تشکیل سیستم هایی با باندهای ضعیف می‌دهند. اما اگر تعداد آنها کافی باشد در سراسر ماده پیوندهای قوی ایجاد می‌شود. اتصالات عرضی غیر کوالانسی زنجیرهای پلی‌ایمید. گروه های انتهایی غنی از الکترون (قرمز) در پلی‌ایمید با زنجیر تاه خورده فاقد الکترون (آبی) جا می گیرد. در دمای اتاق این مخلوط پلیمر، تشکیل ماده ای منعطف با خاصیت ترمیم شوندگی می‌دهد. وقتی دما بالا می رود، پیوندهای نگه دارنده‌ی ساختار سست شده و به پلیمر اجازه جاری شدن به ناحیه‌ی آسیب دیده را می‌دهد. در یک آزمایش یک فیلم شکسته شده با فشار دادن ساده به دو انتها و حرارت دادن در C° ۸۰ می‌تواند ترمیم شود. بر اساس نتایج بدست آمده توسط این گروه، پلیمر کوچکتر مثل یک نرم کننده یا حلال برای پلیمر بزرگتر عمل می‌کند و به مخلوط اجازه می‌دهد تا مثل مایع جاری شود. وقتی مخلوط سرد می‌شود پیوندها دوباره تشکیل شده و ظاهر اصلی و استحکام ماده دوباره برمی‌گردد و فقط ممکن است اندکی تغییر در رنگ مشاهده شود . در دمای اتاق ماده به خاطر تجمع آروماتیکی رنگ قرمز خونی دارد. با گرم کردن ماده تا ۶۰-۶۵°C این رنگ از بین می‌رود و با سرد کردن ماده دوباره رنگ برمی‌گردد. در ضمن ماده ویسکوزیته‌ی پایینی را نشان می دهد.