Výskumníci predstavili plast, aký tu ešte nebol. Je pevnejší ako oceľ a vie sa sám opravovať
Výskumníci predstavujú plast ATSP, ktorý sa dokáže sám opravovať a má mimoriadnu silu a odolnosť.
Výskumníci z Texas A&M University v spolupráci s expertmi z odborov letectva a materiálových vied, objavili nový druh “smart plastu”, ktorý sa dokáže sám opraviť, meniť tvar podľa potreby a je silnejší ako oceľ.
Nový materiál sa zakladá na pokročilom plastovom kompozite z uhlíkových vlákien a výskumníci ho nazývajú ATSP (pozn. Aromatic Thermosetting Copolyester). Ako autori štúdie naznačujú, ATSP otvára dvere do novej sféry, kde si nemôžeme dovoliť, aby materiál zlyhal.
“Napríklad v leteckej sfére čelia materiály extrémnemu stresu a vysokým teplotám. Ak tieto faktory poškodia akúkoľvek časť lietadla, vďaka novému ATSP plastu by sa tieto komponenty mohli na požiadanie samé opraviť,” hovorí Mohammad Naraghi, vedúci výskumu.
Postupne výskumníci materiál vylaďujú a škálujú. Už teraz ale vidia ohromný potenciál tohto plastu a veria, že môže transformovať komerčné priemysly, hlavne automobilový a letecký. Napríklad v prípade automobilu dokážeme opraviť deformovaný komponent po havárii. Plast ATSP však výrazne zlepšuje aj bezpečnosť vozidla ochranou pasažiera.
Výnimočné vlastnosti plastu
ATSP zároveň predstavuje udržateľnejšiu alternatívu oproti tradičným plastom. Dá sa bezproblémovo recyklovať, čo z neho robí ideálneho kandidáta pre rôzne priemysly, ktoré sa pokúšajú znížiť množstvo environmentálneho odpadu. Nemusia pritom voliť šetrnejšie alternatívy, ktoré by boli menej silné alebo odolné.
“ATSP sú novou triedou vitrimérov, ktoré kombinujú tie najlepšie vlastnosti tradičných plastov. Ponúkajú flexibilitu termoplastov s chemickou a štrukturálnou stabilitou termosetov. Takže, keď sa skombinujú so silnými uhlíkovými vláknami, získate materiál, ktorý je niekoľkonásobne pevnejší ako oceľ, no ľahší ako hliník,” tvrdí Naraghi.
Výskumníci využili novú metódu na otestovanie vlastností ATSP plastu. Táto metóda sa nazýva Cyclical creep testing a zahŕňa cyklické naťahovanie materiálu, pričom výskumníci monitorujú zmeny, aké sa odohrávajú. Pomocou tejto metódy výskumníci zároveň odhalili dve kritické teploty pre tento materiál. Prvá teplotná hranica predstavuje teplotu, pri ktorej sa polymérové reťazce môžu voľne pohybovať. Druhá teplotná hranica predstavuje vitrifikačnú teplotu. Ide o teplotu, v rámci ktorej sa polymérové väzby tepelne aktivujú a dochádza k masívnym výmenám medzi nimi. Pri tejto teplote dochádza k oprave materiálu, tvarovaniu a obnove.
Neprehliadni
Výskumníci počas testov opakovane zahrievali materiálna teplotu približne 160 stupňov Celzia, aby podporili liečenie materiálu.
“Rovnako ako sa dokáže koža natiahnuť, vyliečiť a dostať sa do pôvodného tvaru, tak to dokáže aj náš nový materiál. Počas testov sme videli, ako sa materiál vyliečil a zapamätal si svoj pôvodný tvar. Zároveň sa počas tohto procesu stal odolnejším, než bol, keď sme ho po prvýkrát vyrobili,” vyjadril sa Naraghi.
Autori štúdie pozorovali, že sa materiál dokázal efektívne vyliečiť po poškodení, no zároveň pozorovali aj lokalizované mechanické opotrebenie, čo prisudzujú chybám počas výroby. Výskumníci podrobili materiál piatim zahrievacím cyklom, počas ktorých pozorovali ako sa materiál opravuje.
Po dvoch cykloch materiál stále vykazoval plnú silu. Po piatom zahrievacom cykle sa však efektivita opravy materiálu znížila na 80%, kvôli mechanickej únave materiálu.
Poznamenávajú, že aj napriek chybám je chemická stabilita a samoopravovacia schopnosť materiálu vynikajúca a hlavne spoľahlivá. Rovnako si všimli, že sa neobjavila žiadna termálna degradácia materiálu. To ďalej ukazuje jeho odolnosť, dokonca aj po poškodení.
Nové materiály
V oblasti materiálových vied zaznamenali pokrok aj výskumníci z University of Chicago, ktorí navrhli materiál, ktorý by nemal existovať. Objavili totiž veľmi špecifickú triedu metastabilných materiálov s kyslíkovými redoxne aktívnymi prvkami, ktoré sa v niektorých podmienkach správajú úplne naopak, než by si čakal. Tento objav môže znamenať veľký zlom a to najmä vo vývoji nových batérií, ale aj v stavebníctve, alebo pri leteckých a vesmírnych technológiách. Využitie tejto technológie má byť jednoducho bohaté.
Predstav si, že existuje materiál, ktorý sa pri zahriatí nezväčšuje, ale zmenšuje. Alebo taký, čo sa po vystavení extrémnemu tlaku nerozdrví, ale naopak, jeho objem začne rásť. Znie ti to ako sci-fi? Výskumnící však už niečo také pozorovali a to úplne reálne, pod mikroskopom. Za normálnych podmienok sa tieto materiály správajú tak, ako očakávaš. Teplom sa rozpínajú a pod tlakom zmenšujú. No ak sa dostanú do tzv. metastabilného energetického stavu, začnú sa správať inak. Viac o týchto materiáloch nájdeš v našom článku.
