Naukowcy z Uniwersytetu Południowej Kalifornii opracowali elastyczny fotopolimer o unikalnych właściwościach do samonaprawiania się. Wydrukowane z niego przedmioty po przecięciu mogą w ciągu kilku godzin samodzielnie się naprawić.
Elastomery, które są zdolne do naprawy uszkodzeń, nie są nowością. Do tej pory jednak nie było możliwe wykorzystanie ich w druku 3D. Swoje właściwości zawdzięczają obecności wiązań dwusiarczkowych – tak zwanych mostków między dwoma atomami siarki. Dzieje się tak, ponieważ utlenione atomy siarki bardzo łatwo odtwarzają wiązania pomiędzy sobą. Fotopolimeryzacja żywicy elastomerowej zachodzi dzięki obecności grup tiolowych, czyli sulfhydrylowych, a mostki dwusiarczkowe w tym wypadku utrudniają polimeryzację. Zamiana grup tiolowych na mostki dwusiarczkowe zachodzi pod wpływem utleniacza. Osiągnięcie równowagi pomiędzy zachowaniem możliwości utwardzenia żywicy pod wpływem światła, a właściwości auto-regeneracyjnych jest bardzo trudne – ale, jak udowodnili naukowcy, nie jest całkowicie niemożliwe.
Dzięki dobraniu odpowiedniej ilości utleniacza, udało się zachować zarówno właściwości naprawcze, jak i fotopolimeryzacyjne. W swoim badaniu naukowcy przedstawili szereg różnych wykonanych w technologii SLA wydruków – od wkładki do butów, przez siłownik, po czujnik nacisku. Wszystkie obiekty po przecięciu, przy temperaturze w zakresie 40-60oC, połączyły się w całość w ciągu kilku godzin – dotyczy to również elektroniki, choć ta wymagała dłuższego czasu na naprawę. Wydruki po regeneracji zachowały 90% pierwotnej wytrzymałości. Manipulowanie temperaturą pozwala na zmianę szybkości regeneracji, choć ta zachodziła także w temperaturze pokojowej.
Badacze wskazują, że opracowana przez nich elastyczna żywica fotopolimerowa może być wykorzystywana również w innych bazujących na fotopolimeryzacji technologiach, w tym w PolyJet, czy litografii dwufotonowej. Samonaprawialne materiały, oprócz oczywistych przykładów typu obuwie lub opony, mogą znaleźć zastosowanie w miękkiej robotyce, produkcji implantów i wielu, wielu innych. Wykorzystanie mostków siarczkowych, które naturalnie odpowiadają za trzeciorzędową strukturę białka, może zostać wykorzystanie w produkcji biomimetycznych obiektów o niespotykanych dotąd funkcjach mechanicznych. Kolejnym etapem badań będzie opracowanie innych regenerujących się materiałów, w tym tych o wysokiej sztywności.
Źródło: viterbischool.usc.edu
Kunhao Yu, An Xin, Haixu Du, Ying Li & Qiming Wang, Additive manufacturing of self-healing elastomers, NPG Asia Materials volume 11, Article number: 7 (2019)
KOMENTARZE