211service.com
Kovový povlak, který se sám opraví
Letadla, auta a lodě, které nekorodují, jsou příslibem samoopravných nátěrů a polymerních materiálů. Nyní výzkumníci na Fraunhoferův institut pro výrobní inženýrství a automatizaci a University of Duisburg-Essen v Německu přišli s kovovým povlakem, který se může po poškození sám opravit.
Léčivé bubliny : Drobné kapsle naplněné tekutinou o šířce několika stovek nanometrů jsou rozptýleny v tenké galvanizované kovové vrstvě. Kapsle by mohly být naplněny polymery, aby se vytvořily kovové povlaky, které se samy opraví.
Samoopravný kov může být galvanicky pokovován, což otevírá aplikace ve stavebnictví, výrobě automobilů a dalších průmyslových odvětvích, která používají nebo vyrábějí ocelové stroje. (Matice, šrouby a šrouby vyrobené z oceli, která je náchylná ke korozi, jsou již galvanicky pokoveny nerezovými kovy, jako je zinek a chrom.)
Nový povlak má tloušťku přibližně 15 mikrometrů a obsahuje polymerní kapsle o průměru několika set nanometrů. Když je pokovení poškrábáno, kapsle by měly prasknout a uvolnit svůj obsah - což může být polymer schopný utěsnit trhlinu nebo kapaliny inhibující korozi.
Dosud vědci vyrobili povlaky napuštěné nanokapslemi z kovů nebo slitin včetně mědi, zinku a niklu. V zásadě by je mělo být možné vyrobit z jakéhokoli kovu, který lze galvanicky pokovovat, říká Harald Holeczek, výzkumník Fraunhofer, který se na práci podílel.
Ačkoli Holeczek a jeho kolegové dosud neprokázali samoléčebnou vlastnost materiálu, schopnost začlenit nanokapsle naplněné kapalinou do galvanicky pokovených vrstev je významná, říká Michael Kessler , profesor materiálových věd a inženýrství na Iowské státní univerzitě. Toto je první samoopravný povlak, který lze galvanicky pokovovat, říká. Výhodou je, že galvanické pokovování je široce používaný průmyslový proces.
Kapalina uvnitř nanokapslí by mohla být přizpůsobena různým účelům. Například kapsle v pokovení kuličkových ložisek by mohly být naplněny minerálními oleji, aby ložiska byla samomazná. Kapsle naplněné barevnými kapalinami nebo vonnými oleji mohou způsobit, že kovové části změní barvu nebo uvolňují zápach, když jsou poškozené. Ještě lépe, několik různých typů kapslí by mohlo být začleněno do kovové vrstvy, říká Holeczek. Například může být možné použít barvu nebo vůni v horní vrstvě k signalizaci opotřebení nebo poškození a použít nějaké inhibiční činidlo v hlubší vrstvě, aby se zabránilo vážnému poškození.
Galvanizace zahrnuje průchod proudu roztokem elektrolytu obsahujícím kladné kovové ionty. Předmět, který je třeba potáhnout, dostane záporný náboj a ponoří se do elektrolytu. Kladné ionty jsou přitahovány k negativnímu povrchu a vytvářejí tenkou vrstvu kovu.
Vědci z Fraunhoferu vyrábějí nanokapsle samostatně, než je přidají do roztoku elektrolytu. Ale vyrobit kapsle, které přežijí proces galvanického pokovování, nebylo snadné – drsné elektrolyty mohou kapsle snadno degradovat, říká Holeczek. Kromě toho mají velmi malé kapsle tendenci se k sobě lepit, jakmile jsou vloženy do vodného média. Takže vědci museli přidat patentovanou směs chemikálií do roztoku elektrolytu a do samotných kapslí, aby tomu zabránili.
Výsledkem je, že nanokapsle mohou být integrovány do tenkého pokovení, aniž by to ovlivnilo jeho tvrdost a další mechanické vlastnosti, říká Holeczek. Jsou také rovnoměrně rozmístěny skrz kovovou vrstvu, což znamená, že je větší šance, že se kapsle otevřou, i když je poškození menší.
Pavel Braun , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois v Urbana-Champaign, vytvořil systém hojení mikrokapslí, který lze přidat do široké škály barev a ochranných nátěrů, a nyní je uváděn na trh. Říká, že příliš malé kapsle by mohly zmařit účel: Pokud máte škrábanec o šířce 15 mikrometrů, nemůžete uvolnit dostatek materiálu, abyste vyplnili rovinu trhliny.
Jakmile však vědci přijdou s vhodnou chemií, aby ukázali, že materiál se může sám léčit, říká Braun, mohlo by to otevřít zcela nový prostor příležitostí.