Im letzten Jahrhundert wurden Polymere zum Basismaterial im Alltag für Produkte wie Kunststoffe, Kautschuke, Folien, Fasern oder Farben. Diese enorme Nachfrage hat gezwungen, ihre Zuverlässigkeit und maximale Lebensdauer zu verlängern, und eine neue Designklasse von Polymermaterialien, die in der Lage sind, ihre Funktionalität nach Beschädigung oder Ermüdung wiederherzustellen, wurde ins Auge gefasst. Diese Polymermaterialien können je nach Ansatz des Selbstheilungsmechanismus in zwei verschiedene Gruppen eingeteilt werden: intrinsisch oder extrinsisch.Autonome selbstheilende Polymere folgen einem dreistufigen Prozess, der dem einer biologischen Reaktion sehr ähnlich ist. Im Schadensfall ist die erste Reaktion das Auslösen oder Betätigen, was fast unmittelbar nach dem Schaden geschieht. Die zweite Reaktion ist der Transport von Materialien in das betroffene Gebiet, was ebenfalls sehr schnell geschieht. Die dritte Reaktion ist der chemische Reparaturprozess. Dieser Prozess unterscheidet sich je nach Art des vorhandenen Heilungsmechanismus (z. B. Polymerisation, Verschränkung, reversible Vernetzung). Diese Materialien können nach drei Mechanismen klassifiziert werden (kapselbasiert, vaskulär und intrinsisch), die chronologisch über vier Generationen korreliert werden können. Obwohl diese Mechanismen in gewisser Weise ähnlich sind, unterscheiden sie sich in der Art und Weise, wie die Reaktion verborgen oder verhindert wird, bis der tatsächliche Schaden aufrechterhalten wird.

Polymer breakdownEdit

Aus molekularer Sicht ergeben sich herkömmliche Polymere mechanischer Beanspruchung durch Spaltung von Sigma-Bindungen. Während neuere Polymere auf andere Weise nachgeben können, ergeben sich herkömmliche Polymere typischerweise durch homolytische oder heterolytische Bindungsspaltung. Zu den Faktoren, die bestimmen, wie ein Polymer nachgibt, gehören: Art der Spannung, chemische Eigenschaften des Polymers, Grad und Art der Solvatation sowie Temperatur.Aus makromolekularer Sicht führt stressinduzierte Schädigung auf molekularer Ebene zu größeren Schäden, die als Mikrorisse bezeichnet werden. Ein Mikroriss entsteht dort, wo benachbarte Polymerketten in unmittelbarer Nähe beschädigt wurden, was letztendlich zur Schwächung der Faser als Ganzes führt.

Homolytische Bindungsspaltungbearbeiten

Es wurde beobachtet, dass Polymere durch die Verwendung von Radikalreportern wie DPPH (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl) und PMNB (Pentamethylnitrosobenzol) eine homolytische Bindungsspaltung erfahren.) Wenn eine Bindung homolytisch gespalten wird, werden zwei Radikalspezies gebildet, die rekombinieren können, um Schäden zu reparieren, oder andere homolytische Spaltungen initiieren können, die wiederum zu mehr Schäden führen können.

Heterolytische Bindungsspaltungbearbeiten

Es wurde auch beobachtet, dass Polymere durch Isotopenmarkierungsexperimente eine heterolytische Bindungsspaltung erfahren. Wenn eine Bindung heterolytisch gespalten wird, bilden sich kationische und anionische Spezies, die wiederum rekombinieren können, um Schäden zu reparieren, durch Lösungsmittel abgeschreckt werden können oder destruktiv mit nahe gelegenen Polymeren reagieren können.

Reversible Bindungsspaltungbearbeiten

Bestimmte Polymere ergeben sich mechanischen Belastungen in einer atypischen, reversiblen Weise. Polymere auf Diels-Alder-Basis durchlaufen eine reversible Cycloaddition, bei der mechanische Beanspruchung zwei Sigma-Bindungen in einer Retro-Diels-Alder-Reaktion spaltet. Diese Spannung führt zu zusätzlichen pi-gebundenen Elektronen im Gegensatz zu radikalen oder geladenen Einheiten.

Supramolekularer Abbau

Supramolekulare Polymere bestehen aus Monomeren, die nicht kovalent interagieren. Häufige Wechselwirkungen sind Wasserstoffbrückenbindungen, Metallkoordination und Van-der-Waals-Kräfte. Mechanischer Stress in supramolekularen Polymeren verursacht die Störung dieser spezifischen nicht-kovalenten Wechselwirkungen, was zu Monomertrennung und Polymerabbau führt.

Intrinsische polymerbasierte Systemebearbeiten

In intrinsischen Systemen ist das Material inhärent in der Lage, seine Integrität wiederherzustellen. Während extrinsische Ansätze im Allgemeinen autonom sind, erfordern intrinsische Systeme häufig einen externen Auslöser, damit die Heilung stattfindet (z. B. thermomechanische, elektrische, Photostimuli usw.). Es ist möglich, zwischen 5 wichtigsten intrinsischen Selbstheilungsstrategien zu unterscheiden. Die erste basiert auf reversiblen Reaktionen, und das am weitesten verbreitete Reaktionsschema basiert auf Diels-Alder (DA) – und Retro-Diels-Alder (rDA) -Reaktionen. Eine andere Strategie erreicht die Selbstheilung in duroplastischen Matrices durch den Einbau schmelzbarer thermoplastischer Additive. Ein Temperaturauslöser ermöglicht die Redispergierung von thermoplastischen Additiven in Risse, wodurch eine mechanische Verzahnung entsteht. Polymerverzahnungen auf Basis dynamischer supramolekularer Bindungen oder Ionomere stellen ein drittes und viertes Schema dar. Die beteiligten supramolekularen Wechselwirkungen und ionomeren Cluster sind im Allgemeinen reversibel und wirken als reversible Vernetzungen, wodurch Polymere mit Selbstheilungsfähigkeit ausgestattet werden können. Schließlich basiert eine alternative Methode zur Erzielung einer intrinsischen Selbstheilung auf molekularer Diffusion.

Reversible bindungsbasierte Polymere

Reversible Systeme sind polymere Systeme, die in den Ausgangszustand zurückkehren können, unabhängig davon, ob sie monomerer, oligomerer oder nicht vernetzter Natur sind. Da das Polymer unter normalen Bedingungen stabil ist, erfordert der reversible Prozess normalerweise einen externen Reiz, damit er auftritt. Für ein reversibles Heilungspolymer kann das Material, wenn es durch Erhitzen beschädigt und in seine Bestandteile zurückversetzt wird, repariert oder in seine Polymerform „geheilt“ werden, indem der ursprüngliche Zustand angewendet wird, der zum Polymerisieren verwendet wird.

Polymersysteme basierend auf kovalenter Bindungsbildung und -bruchedit

Diels-Alder und Retro-Diels-AlderEdit

Unter den Beispielen für reversibel heilende Polymere scheint die Diels-Alder (DA) -Reaktion und ihr Retro-Diels-Alder (RDA) -Analogon aufgrund ihrer thermischen Reversibilität sehr vielversprechend zu sein. Im Allgemeinen bildet das die funktionellen Gruppen wie Furan oder Maleinimid enthaltende Monomer in spezifischer Weise zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aus und baut das Polymer durch DA-Reaktion auf. Dieses Polymer zerfällt beim Erhitzen über die RDA-Reaktion in seine ursprünglichen monomeren Einheiten und reformiert das Polymer dann beim Abkühlen oder unter anderen Bedingungen, die ursprünglich zur Herstellung des Polymers verwendet wurden. In den letzten Jahrzehnten wurden zwei Arten von reversiblen Polymeren untersucht: (i) Polymere, bei denen die anhängenden Gruppen, wie Furan- oder Maleinimidgruppen, durch aufeinanderfolgende DA-Kupplungsreaktionen vernetzt werden; ii) Polymere, bei denen die multifunktionellen Monomere durch aufeinanderfolgende DA-Kupplungsreaktionen miteinander verbunden sind.

Vernetzte Polymere

Bei diesem Polymertyp bildet sich das Polymer durch die Vernetzung der pendenten Gruppen aus den linearen Thermoplasten. Zum Beispiel Saegusa et al. haben die reversible Vernetzung von modifizierten Poly(N-acetylethylenimin)s gezeigt, die entweder Maleinimid- oder Furancarbonyl-Pendant-moideties enthalten. Die Reaktion ist in Schema 3 dargestellt. Sie mischten die beiden komplementären Polymere zu einem hochvernetzten Material durch die Reaktion von Furan- und Maleinimid-Einheiten bei Raumtemperatur, da das vernetzte Polymer thermodynamisch stabiler ist als die einzelnen Ausgangsmaterialien. Beim Erhitzen des Polymers auf 80 ° C für zwei Stunden in einem polaren Lösungsmittel wurden jedoch zwei Monomere über RDA-Reaktion regeneriert, was auf das Brechen von Polymeren hinweist. Dies war möglich, weil die Heizenergie genügend Energie lieferte, um die Energiebarriere zu überwinden und zu den beiden Monomeren zu führen. Das Abkühlen der beiden Ausgangsmonomeren oder des beschädigten Polymers auf Raumtemperatur für 7 Tage heilte und reformierte das Polymer.

Die reversible DA/RDA-Reaktion ist nicht auf Polymere auf Furan-Meleimidbasis beschränkt, wie die Arbeit von Schiraldi et al. Sie haben die reversible Vernetzung von Polymeren mit hängender Anthracengruppe mit Maleinimiden gezeigt. Die reversible Reaktion trat jedoch beim Erhitzen auf 250 °C aufgrund der konkurrierenden Zersetzungsreaktion nur teilweise auf.

Polymerisation von multifunktionalen Monomerenbearbeiten

In diesen Systemen findet die DA-Reaktion im Rückgrat selbst statt, um das Polymer zu konstruieren, nicht als Bindeglied. Für Polymerisations- und Heilungsprozesse eines DA-Step-Growth-Polymers auf Furan-Maleinimid-Basis (3M4F) wurden Heiz- / Kühlzyklen demonstriert. Trismaleimid (3M) und Tetra-Furan (4F) bildeten durch DA-Reaktion ein Polymer und entpolymerisierten bei Erwärmung auf 120 ° C durch RDA-Reaktion, was zu den Ausgangsmaterialien führte. Das anschließende Erhitzen auf 90-120 ° C und Abkühlen auf Raumtemperatur heilte das Polymer und stellte seine mechanischen Eigenschaften teilweise durch Eingriffe wieder her. Die Reaktion ist in Schema 4 dargestellt.

Thiol-basierte Polymere

Die thiol-basierten Polymere haben Disulfidbindungen, die durch Oxidation und Reduktion reversibel vernetzt werden können. Unter reduzierenden Bedingungen bricht die Disulfid (SS) -Brücke im Polymer und führt zu Monomeren, unter oxidierenden Bedingungen bilden jedoch die Thiole (SH) jedes Monomers die Disulfidbindung und vernetzen die Ausgangsmaterialien, um das Polymer zu bilden. In: Chujo et al. haben das thiol-basierte reversible vernetzte Polymer unter Verwendung von Poly(N-acetylethylenimin) gezeigt. (Schema 5)

Poly(Harnstoff-Urethan)-Netzwerk

Ein weiches Poly(Harnstoff-Urethan) -Netzwerk nutzt die Metathesereaktion in aromatischen Disulfiden, um bei Raumtemperatur selbstheilende Eigenschaften bereitzustellen, ohne dass externe Katalysatoren erforderlich sind. Diese chemische Reaktion ist natürlich in der Lage, kovalente Bindungen bei Raumtemperatur zu erzeugen, so dass das Polymer ohne eine externe Energiequelle autonom heilen kann. Bei Raumtemperatur ruhen gelassen, flickte sich das Material nach nur zwei Stunden mit 80 Prozent Wirkungsgrad und nach 24 Stunden mit 97 Prozent hours.In 2014 Es wurde gezeigt, dass ein Material auf Polyharnstoffelastomerbasis selbstheilend ist und nach dem Halbieren ohne Zusatz von Katalysatoren oder anderen Chemikalien miteinander verschmilzt. Das Material umfasst auch kostengünstige kommerziell erhältliche Verbindungen. Die Elastomermoleküle wurden optimiert, wodurch die Bindungen zwischen ihnen länger wurden. Die resultierenden Moleküle lassen sich leichter auseinanderziehen und können sich bei Raumtemperatur mit nahezu gleicher Festigkeit besser wiederbinden. Das Rebonding kann wiederholt werden. Heute sind selbstheilende Farben und andere Beschichtungen dank der Forschung an der Universität von Illinois der allgemeinen Verwendung einen Schritt näher gekommen. Wissenschaftler haben dort „handelsübliche“ Komponenten verwendet, um ein Polymer herzustellen, das nach dem Halbieren ohne Zusatz von Katalysatoren oder anderen Chemikalien wieder verschmilzt.

Die Harnstoff-Urethan-Polymere haben jedoch Glasübergangstemperaturen unter 273 K, sind daher bei Raumtemperatur gelartig und weisen eine geringe Zugfestigkeit auf. Zur Optimierung der Zugfestigkeit muss die reversible Bindungsenergie bzw. die Polymerlänge erhöht werden, um den Grad der kovalenten bzw. mechanischen Verzahnung zu erhöhen. Die Polymerlänge hemmt jedoch die Mobilität und beeinträchtigt dadurch die Fähigkeit von Polymeren, sich wieder reversibel zu verbinden. Somit liegt bei jeder Polymerlänge eine optimale reversible Bindungsenergie vor.

Vitrimerbearbeiten

Vitrimere sind eine Untergruppe von Polymeren, die die Lücke zwischen Thermoplasten und Duroplasten schließen. Ihre Abhängigkeit vom dissoziativen und assoziativen Austausch innerhalb dynamischer kovalenter anpassungsfähiger Netzwerke ermöglicht den Zugriff auf eine Vielzahl chemischer Systeme, die die Synthese mechanisch robuster Materialien ermöglichen, die unter Beibehaltung ihrer strukturellen Eigenschaften und mechanischen Festigkeit mehrfach wiederaufbereitet werden können. Der Selbstheilungsaspekt dieser Materialien beruht auf dem Bindungsaustausch vernetzter Spezies als Reaktion auf äußere Reize wie Wärme. Dissoziativer Austausch ist der Prozess, bei dem Vernetzungen vor der Rekombination von Vernetzungsspezies gebrochen werden, wodurch die Vernetzungsdichte nach dem Austausch wiederhergestellt wird. Beispiele für dissoziativen Austausch umfassen reversible pericyclische Reaktionen, nukleophile Transalkylierung und aminale Transaminierung. Assoziativer Austausch beinhaltet die Substitutionsreaktion mit einem vorhandenen Crosslink und die Beibehaltung von Crosslinks während des gesamten Austauschs. Beispiele für assoziativen Austausch umfassen Umesterung, Transaminierung von vinylogen Urethanen und Transaminierung von Diketonaminen. Vitrimere mit nanoskaliger Morphologie werden durch die Verwendung von Blockcopolymer-Vitrimeren im Vergleich zu statistischen Copolymeranaloga untersucht, um die Auswirkungen der Selbstorganisation auf Wechselkurse, viskoelastische Eigenschaften und Wiederaufbereitbarkeit zu verstehen. Abgesehen vom Recycling sind Vitrimer-Materialien vielversprechend für Anwendungen in der Medizin, beispielsweise für selbstheilende Bioepoxide, und für Anwendungen in selbstheilenden elektronischen Bildschirmen. Während diese polymeren Systeme noch in den Kinderschuhen stecken, dienen sie dazu, in der kommenden Zukunft kommerziell relevante, recycelbare Materialien herzustellen, solange mehr daran gearbeitet wird, diese chemischen Systeme an kommerziell relevante Monomere und Polymere anzupassen sowie bessere mechanische Tests und ein besseres Verständnis der Materialeigenschaften während der gesamten Lebensdauer dieser Materialien (d. h. Nachbearbeitungszyklen) zu entwickeln.

Copolymere mit Van-der-Waals-Kraft

Wenn die Störung der van-der-Waals-Kräfte bei mechanischer Beschädigung energetisch ungünstig ist, heilen sich interdigitale alternierende oder zufällige Copolymermotive ohne äußeren Eingriff in einen energetisch günstigeren Zustand aus. Dieses Selbstheilungsverhalten tritt in einem relativ engen Kompositionsbereich auf, der von einer viskoelastischen Reaktion abhängt, die die Selbstheilung bei Kettentrennung aufgrund von Schlüssel-Schloss-Assoziationen der benachbarten Ketten energetisch begünstigt. Im Wesentlichen stabilisieren van-der-Waals-Kräfte benachbarte Copolymere, was sich in verbesserten CED-Werten (Cohesive Energy Density) widerspiegelt. Städtisch usw. veranschaulicht, wie induzierte Dipolwechselwirkungen für alternierende oder zufällige Poly (Methylmethacrylat-alt-ran-n-Butylacrylat) (p (MMA-alt-ran-nBA)) -Copolymere aufgrund gerichteter van-der-Waals-Kräfte die CED im Gleichgewicht (CEDeq) von verschränkten und nebeneinander liegenden Copolymerketten verbessern können.

Extrinsische polymerbasierte Systeme

In extrinsischen Systemen werden die heilenden Chemikalien in Mikrokapseln oder Gefäßnetzwerken vom umgebenden Polymer getrennt, die nach Materialschäden / Rissen ihren Inhalt in die Rissebene abgeben, reagieren und die Wiederherstellung von Materialfunktionalitäten ermöglichen.Diese Systeme können weiter in mehrere Kategorien unterteilt werden. Während Polymere auf Kapselbasis die Heilmittel in kleinen Kapseln binden, die die Wirkstoffe nur freisetzen, wenn sie gerissen sind, binden vaskuläre selbstheilende Materialien das Heilmittel in kapillaren Hohlkanälen, die eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional miteinander verbunden werden können. Nachdem eine dieser Kapillaren beschädigt ist, kann das Netzwerk von einer externen Quelle oder einem anderen Kanal, der nicht beschädigt wurde, wieder aufgefüllt werden. Intrinsische Selbstheilungsmaterialien haben kein sequestriertes Heilmittel, sondern eine latente Selbstheilungsfunktion, die durch Schäden oder durch einen äußeren Reiz ausgelöst wird. Extrinsische Selbstheilungsmaterialien können selbst bei großen Schäden eine Heilungseffizienz von über 100% erreichen.

Microcapsule healingEdit

Kapselbasierte Systeme haben gemeinsam, dass Heilungsmittel in geeignete Mikrostrukturen eingekapselt werden, die bei Rissbildung aufbrechen und zu einem Folgeprozess führen, um die Materialeigenschaften wiederherzustellen. Wenn die Wände der Kapsel zu dick sind, können sie nicht brechen, wenn sich der Riss nähert, aber wenn sie zu dünn sind, können sie reißen prematurely.In damit dieser Prozess bei Raumtemperatur abläuft und die Reaktanten in einem monomeren Zustand innerhalb der Kapsel verbleiben, ist auch ein Katalysator in den Duroplast eingebettet. Der Katalysator senkt die Energiebarriere der Reaktion und lässt das Monomer ohne Wärmezufuhr polymerisieren. Die Kapseln (häufig gemacht vom Wachs) um das Monomere und den Katalysator sind wichtig, Trennung beizubehalten, bis der Sprung erleichtert reaction.In das Kapsel-Katalysator-System, das verkapselte Heilmittel, wird in die Polymermatrix freigesetzt und reagiert mit dem bereits in der Matrix vorhandenen Katalysator.Es gibt viele Herausforderungen bei der Gestaltung dieser Art von Material. Erstens muss die Reaktivität des Katalysators auch nach dem Einschließen in Wachs erhalten bleiben. Zusätzlich muss das Monomer mit einer ausreichenden Geschwindigkeit fließen (niedrig genug Viskosität haben), um den gesamten Riss zu bedecken, bevor es polymerisiert wird, oder die volle Heilungskapazität wird nicht erreicht. Schließlich muss sich der Katalysator schnell im Monomer auflösen, um effizient zu reagieren und eine weitere Ausbreitung des Risses zu verhindern.

Dieser Prozess wurde mit Dicyclopentadien (DCPD) und Grubbs’Katalysator (Benzyliden-bis(tricyclohexylphosphin)dichlororuthenium) demonstriert. Sowohl DCPD als auch Grubbs ‚Katalysator sind in ein Epoxidharz eingebettet. Das Monomer allein ist relativ unreaktiv und es findet keine Polymerisation statt. Wenn ein Mikroriss sowohl die DCPD enthaltende Kapsel als auch den Katalysator erreicht, wird das Monomer aus der Kern–Schale-Mikrokapsel freigesetzt und kommt mit dem Katalysator in Kontakt, worauf das Monomer einer Ringöffnungsmetathesepolymerisation (ROMP) unterzogen wird. Die Metathesereaktion des Monomers beinhaltet die Trennung der beiden Doppelbindungen zugunsten neuer Bindungen. Durch die Anwesenheit des Katalysators kann die Energiebarriere (Aktivierungsenergie) abgesenkt werden und die Polymerisationsreaktion kann bei Raumtemperatur ablaufen. Das resultierende Polymer ermöglicht es dem Epoxid-Verbundmaterial, 67% seiner früheren Festigkeit wiederzugewinnen.

Der Katalysator von Grubbs ist eine gute Wahl für diese Art von System, da er unempfindlich gegen Luft und Wasser ist und somit robust genug ist, um die Reaktivität innerhalb des Materials aufrechtzuerhalten. Die Verwendung eines Live-Katalysators ist wichtig, um mehrere Heilungsaktionen zu fördern. Der Hauptnachteil sind die Kosten. Es zeigte sich, dass die Verwendung von mehr des Katalysators direkt einem höheren Heilungsgrad entsprach. Ruthenium ist ziemlich teuer, was es für kommerzielle Anwendungen unpraktisch macht.

Im Gegensatz dazu sind in Mehrkapselsystemen sowohl der Katalysator als auch das Heilmittel in verschiedenen Kapseln eingekapselt. In einem dritten System, der sogenannten latenten Funktionalität, ist ein Heilmittel eingekapselt, das mit der in der Matrix vorhandenen Polymerisatorkomponente in Form von restreaktiven Funktionalitäten reagieren kann. Beim letzten Ansatz (Phasentrennung) wird entweder das Heilmittel oder der Polymerisator im Matrixmaterial phasentrennt.

Vaskuläre Ansatzebearbeiten

Die gleichen Strategien können in 1D-, 2D- und 3D-Gefäßsystemen angewendet werden.

Hohlrohransatzedit

Bei der ersten Methode werden zerbrechliche Glaskapillaren oder Fasern in ein Verbundmaterial eingebettet. (Hinweis: Dies ist bereits eine häufig verwendete Praxis zur Verstärkung von Materialien. Siehe Faserverstärkter Kunststoff.) Das resultierende poröse Netzwerk wird mit Monomer gefüllt. Wenn das Material bei regelmäßiger Verwendung beschädigt wird, reißen auch die Rohre und das Monomer wird in die Risse freigesetzt. Andere Röhrchen, die ein Härtungsmittel enthalten, reißen ebenfalls und vermischen sich mit dem Monomer, wodurch der Riss geheilt wird. Beim Einbringen von Hohlrohren in eine kristalline Struktur sind viele Dinge zu berücksichtigen. Zunächst ist zu berücksichtigen, dass die erzeugten Kanäle die Tragfähigkeit des Materials aufgrund der Entfernung von tragendem Material beeinträchtigen können. Außerdem sind der Kanaldurchmesser, der Verzweigungsgrad, die Position der Verzweigungspunkte und die Kanalausrichtung einige der wichtigsten Dinge, die beim Aufbau von Mikrokanälen innerhalb eines Materials zu berücksichtigen sind. Materialien, die nicht viel mechanischer Belastung standhalten müssen, aber selbstheilende Eigenschaften wünschen, können mehr Mikrokanäle einführen als Materialien, die tragfähig sein sollen. Es gibt zwei Arten von Hohlrohren: diskrete Kanäle und miteinander verbundene Kanäle.

Diskrete Kanäle

Diskrete Kanäle können unabhängig vom Aufbau des Materials erstellt werden und sind in einem Array im gesamten Material angeordnet. Bei der Erstellung dieser Mikrokanäle ist ein wichtiger Faktor zu berücksichtigen, dass je näher die Rohre beieinander liegen, desto geringer ist die Festigkeit, aber desto effizienter ist die Rückgewinnung. Eine Sandwichstruktur ist eine Art diskrete Kanäle, die aus Rohren in der Mitte des Materials besteht und von der Mitte nach außen heilt. Die Steifigkeit von Sandwichstrukturen ist hoch, was sie zu einer attraktiven Option für Druckkammern macht. In Sandwichstrukturen bleibt die Festigkeit des Materials im Vergleich zu Gefäßnetzwerken größtenteils erhalten. Außerdem zeigt das Material eine fast vollständige Erholung von Schäden.

Interconnected networksEdit

Interconnected networks sind effizienter als diskrete Kanäle, aber schwieriger und teurer zu erstellen. Die grundlegendste Art, diese Kanäle zu erstellen, besteht darin, grundlegende Bearbeitungsprinzipien anzuwenden, um Kanalnuten im Mikromaßstab zu erstellen. Diese Techniken ergeben Kanäle von 600-700 Mikrometern. Diese Technik funktioniert hervorragend auf der zweidimensionalen Ebene, aber wenn Sie versuchen, ein dreidimensionales Netzwerk zu erstellen, sind sie begrenzt.

Direct Ink writingEdit

Die Direct Ink Writing (DIW) -Technik ist eine kontrollierte Extrusion viskoelastischer Tinten, um dreidimensionale miteinander verbundene Netzwerke zu erzeugen. Es funktioniert, indem zuerst organische Tinte in einem definierten Muster eingestellt wird. Dann wird die Struktur mit einem Material wie Epoxid infiltriert. Dieses Epoxidharz wird dann verfestigt, und die Tinte kann mit einem bescheidenen Vakuum abgesaugt werden, wodurch die hohlen Rohre entstehen.

Kohlenstoff nanotube networksEdit

Durch das Auflösen eines linearen Polymers in einer festen dreidimensionalen Epoxidmatrix, so dass sie miteinander mischbar sind, wird das lineare Polymer bei einer bestimmten Temperatur mobil, wenn Kohlenstoff Nanotubes auch in Epoxidmaterial eingebaut werden, und ein Gleichstrom wird durch die Rohre geführt, eine signifikante Verschiebung der Erfassungskurve zeigt eine dauerhafte Beschädigung des Polymers an, wodurch ein Riss ‚erfasst‘ wird. Wenn die Kohlenstoffnanoröhren einen Riss innerhalb der Struktur spüren, können sie als Wärmetransporte verwendet werden, um die Matrix zu erwärmen, so dass die linearen Polymere diffundieren können, um die Risse in der Epoxidmatrix zu füllen. So heilt das Material.

SLIPSEdit

Ein anderer Ansatz wurde von Prof. J. Aizenberg von der Harvard University vorgeschlagen, der vorschlug, Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces (SLIPS) zu verwenden, ein poröses Material, das von der fleischfressenden Krugpflanze inspiriert und mit einer Schmierflüssigkeit gefüllt ist, die sowohl mit Wasser als auch mit Öl nicht mischbar ist. SLIPS besitzen selbstheilende und selbstschmierende Eigenschaften sowie Eisphobie und wurden für viele Zwecke erfolgreich eingesetzt.

Opferfadenheftung

Organische Fäden (wie z. B. Polylactidfilamente) werden durch Laminatschichten aus faserverstärktem Polymer genäht, die dann nach dem Aushärten des Polymers gekocht und aus dem Material abgesaugt werden, wobei leere Kanäle zurückbleiben, die mit Heilmitteln gefüllt werden können.