Учени създадоха уникален самовъзстановяващ се метаматериал, който може да позволи на машините да работят векове наред

Съвременните технологии не позволяват създаването на „вечни“ материали с възможност за самостоятелно възстановяване на целостта на структурите. Учените тепърва се доближават до тази идея. В тази връзка изследователи от Държавния университет на Северна Каролина са създали метаматериал на базата на композит от въглеродни влакна, който самостоятелно „лекува“ пукнатини и разслояване – основното нещастие на подобни материали.

Композитите от въглеродни влакна започват да се използват в производството на машини и механизми преди около сто години. Разслояването на материала по време на употреба (стареене) е било основен проблем, който изисква ремонт и подмяна на повредените части. Влакната в материала се отделят от епоксидната матрица, което води до напукване и разрушаване на частите. Самовъзстановяването на такива повреди би удължило значително живота на структурите от въглеродни влакна и би намалило разходите за ремонт и поддръжка.

Механизмът за самовъзстановяване се основава на термопластичен агент (полиетилен-кометакрилова киселина, EMAA), който се отпечатва на 3D принтер на тънък слой върху подсилващите влакна, образувайки своеобразна вложка, която увеличава устойчивостта на разслояване 2-4 пъти. В композита са вградени и тънки въглеродни слоеве, които действат като нагревателен елемент в целия материал.

Когато се появят пукнатини, през въглеродните слоеве преминава електрически ток – това води до локално нагряване на материала. Термопластът се разтопява при 150-200°C, влива се в микропукнатините и разслоенията и след охлаждане възстановява целостта си чрез преплитане на полимерните вериги. Процесът е напълно автоматизиран и се извършва на място без външна намеса.

При автоматизираните тестове материалът издържа над 1000 цикъла на възстановяване при повреда и загряване в продължение на 40 дни. Якостта на материала постепенно намаля от изходните 175 до 60%, но дори след стотици цикли тя остава по-висока от стандартните материали от въглеродни влакна.

Предложената технология може радикално да промени експлоатационния живот на композитните конструкции – от десетилетия до векове. Ако самовъзстановяването се активира веднъж на тримесечие, детайлът ще издържи повече от 125 години, а ако процедурата се извършва по-рядко – веднъж годишно – около 500 години. Това е особено важно за авиацията, вятърната енергетика, автомобилостроенето, космическите кораби и други отрасли, където подмяната на повредени компоненти е скъпа и създава отпадъци (които също трябва да се рециклират). Освен това в някои случаи, като например в дълбокия космос, ремонтът е невъзможен по принцип.

Технологията е патентована в САЩ и е достъпна за лицензиране чрез стартъпа Structeryx. Възможно е това да доближи появата на „вечната“ пластмаса.