viime vuosisadalla polymeereistä tuli jokapäiväisessä elämässä perusmateriaali esimerkiksi muoveille, kumeille, kalvoille, kuiduille tai maaleille. Tämä valtava kysyntä on pakottanut laajentamaan niiden luotettavuutta ja enimmäisikä, ja uusi suunnitteluluokka polymeerimateriaaleja, jotka pystyvät palauttamaan niiden toimivuuden vaurion tai väsymisen jälkeen suunniteltiin. Nämä polymeerimateriaalit voidaan jakaa kahteen eri ryhmään itsestään paranevan mekanismin lähestymistavan perusteella:luontainen tai ulkoinen.Autonomiset itsestään paranevat polymeerit noudattavat kolmivaiheista prosessia, joka on hyvin samankaltainen kuin biologinen vaste. Vahingon sattuessa ensimmäinen reaktio on Laukeaminen tai aktivoituminen, joka tapahtuu lähes välittömästi vahingon synnyttyä. Toinen vastaus on materiaalien kuljettaminen tuhoalueelle, mikä myös tapahtuu hyvin nopeasti. Kolmas vastaus on kemiallinen korjausprosessi. Tämä prosessi vaihtelee riippuen siitä, minkä tyyppinen paranemismekanismi on käytössä (esim.polymerointi, takertuminen, palautuva ristisilloitus). Nämä materiaalit voidaan luokitella kolmen mekanismin (kapselipohjainen, verisuoniperäinen ja sisäinen) mukaan, jotka voidaan korreloida kronologisesti neljän sukupolven kautta. Vaikka nämä mekanismit ovat jossain määrin samanlaisia, ne eroavat toisistaan siinä, miten reagointi piilotetaan tai estetään, kunnes todellinen vahinko on syntynyt.

Polymer breakdownEdit

molekyylin näkökulmasta perinteiset polymeerit taipuvat mekaaniseen rasitukseen Sigma-sidosten pilkkoutumisen kautta. Siinä missä uudemmat polymeerit voivat taipua muillakin tavoin, perinteiset polymeerit taipuvat tyypillisesti homolyyttisen tai heterolyyttisen sidoksen pilkkoutumisen kautta. Tekijöitä, jotka määrittävät, miten polymeeri tuottaa ovat: tyyppi stressi, kemialliset ominaisuudet luonnostaan polymeeri, taso ja tyyppi solvauksen, ja lämpötila.Makromolekyylin näkökulmasta stressin aiheuttama vaurio molekyylitasolla johtaa suurempiin vaurioihin, joita kutsutaan mikrohalkeamiksi. Mikrohalkeama muodostuu silloin, kun viereiset polymeeriketjut ovat vahingoittuneet lähietäisyydeltä, mikä johtaa lopulta koko kuidun heikkenemiseen.

Homolyyttinen sidos cleavageEdit

polymeerien on havaittu läpikäyvän homolyyttisen sidoksen pilkkoutumisen käyttämällä radikaaleja reporttereita kuten DPPH (2,2-difenyyli-1-pikryylihydratsyyli) ja PMNB (pentametyylinitrosobentseeni.) Kun sidos katkeaa homolyyttisesti, muodostuu kaksi radikaalilajia, jotka voivat rekombinoitua korjatakseen vaurioita tai voivat käynnistää muita homolyyttisiä pilkkoutumisia, jotka puolestaan voivat johtaa suurempiin vaurioihin.

Heterolyyttinen sidos cleavageEdit

polymeerien on myös havaittu käyvän läpi heterolyyttisen sidoksen pilkkoutumisen isotooppien merkintäkokeissa. Kun sidos halkaistaan heterolyyttisesti, muodostuu kationisia ja anionisia lajeja, jotka voivat puolestaan rekombinoitua vaurioiden korjaamiseksi, sammua liuottimella tai reagoida tuhovoimaisesti läheisten polymeerien kanssa.

reversiibeli sidos cleavageEdit

tietyt polymeerit taipuvat mekaaniseen rasitukseen epätyypillisellä, palautuvalla tavalla. Diels-Alder-pohjaiset polymeerit käyvät läpi reversiibelin sykloaddition, jossa mekaaninen rasitus katkaisee kaksi Sigma-sidosta retro-Diels-Alder-reaktiossa. Tämä jännitys johtaa ylimääräisiin pi-sitoutuneisiin elektroneihin radikaalien tai varattujen osien sijaan.

Supramolekulaariset hajoamismediitit

Supramolekulaariset polymeerit koostuvat monomeereista, jotka vuorovaikuttavat ei-kovalenttisesti. Yleisiä vuorovaikutuksia ovat vetysidokset, metallien koordinaatio ja van der Waalsin voimat. Supramolekulaaristen polymeerien mekaaninen rasitus aiheuttaa näiden spesifisten ei-kovalenttisten vuorovaikutusten katkeamisen, mikä johtaa monomeerien erottumiseen ja polymeerien hajoamiseen.

Itseispolymeeripohjaisissa systeemeissä aine pystyy luonnostaan palauttamaan eheytensä. Vaikka ulkopuoliset lähestymistavat ovat yleensä itsenäisiä, sisäiset järjestelmät vaativat usein ulkoisen laukaisijan parantuakseen (kuten lämpömekaaninen, sähköinen, valoärsyke jne.). On mahdollista erottaa 5 pääasiallista luontaista itsensä paranemista strategioita. Ensimmäinen perustuu reversiibeleihin reaktioihin, ja yleisimmin käytetty reaktiosuunnitelma perustuu Diels-Alder (DA)-ja retro-Diels-Alder (RDA) – reaktioihin. Toinen strategia saavuttaa itsensä paranemisen termosettimatriiseissa sisällyttämällä sulattuvia termoplastisia lisäaineita. Lämpötilalaukaisin mahdollistaa termoplastisten lisäaineiden uudelleenpoistumisen halkeamiin, mikä aiheuttaa mekaanisen lukittumisen. Dynaamisiin supramolekulaarisiin sidoksiin tai ionomeereihin perustuvat polymeeriyhteenliittymät edustavat kolmatta ja neljättä kaavaa. Mukana olevat supramolekulaariset vuorovaikutukset ja ionomeeriset klusterit ovat yleensä palautuvia ja toimivat palautuvina ristisilloituksina, joten ne voivat varustaa polymeerit itsensä parantavalla kyvyllä. Vaihtoehtoinen menetelmä luontaisen itseparantumisen saavuttamiseksi perustuu molekyylidiffuusioon.

Reversible bond-based polymersEdit

Reversiibelit systeemit ovat polymeerisiä systeemejä, jotka voivat palautua alkutilaan riippumatta siitä, onko se monomeerinen, oligomeerinen vai ristisidokseton. Koska polymeeri on stabiili normaalitilassa, palautuva prosessi vaatii yleensä ulkoisen ärsykkeen, jotta se tapahtuu. Palautuvan parantavan polymeerin osalta, jos materiaali vaurioituu esimerkiksi kuumentamalla ja palautuu ainesosiinsa, se voidaan korjata tai” parantaa ” polymeerimuotoonsa soveltamalla alkuperäistä polymerointiin käytettyä tilaa.

kovalenttiseen sidosten muodostumiseen ja katkeamiseen perustuvat Polymeerijärjestelmät

Diels-Alder ja retro-Diels-AlderEdit

reversiibeleistä paranevista polymeereistä esimerkiksi Diels-Alder (DA)-reaktio ja sen retro-Diels-Alder (RDA) – analogi vaikuttavat termisen palautuvuutensa vuoksi erittäin lupaavilta. Yleensä funktionaaliset ryhmät kuten furaani tai maleimidi sisältävä monomeeri muodostaa kaksi hiili-hiili-sidosta tietyllä tavalla ja muodostaa polymeerin DA-reaktion avulla. Tämä polymeeri hajoaa kuumennettaessa alkuperäisiin monomeerisiin yksiköihinsä RDA-reaktion avulla ja uudistaa polymeerin jäähdytyksen yhteydessä tai muissa olosuhteissa, joita polymeerin valmistamiseen alun perin käytettiin. Viimeisten vuosikymmenten aikana on tutkittu kahdenlaisia palautuvia polymeerejä: I) polymeerejä, joissa riippuryhmät, kuten furaani-tai maleimidiryhmät, risteytyvät peräkkäisten DA-kytkentäreaktioiden kautta; ii) polymeerit, joissa monomeerit liittyvät toisiinsa peräkkäisten DA-kytkentäreaktioiden kautta.

Ristisidotut polymeerit

tämän tyyppisessä polymeerissä polymeeri muodostuu lineaarisista termoplasteista riippuvien ryhmien ristisidosten kautta. Esimerkiksi Saegusa et al. on osoitettu, että muunnetut poly(N-asetyylietyleeni-imiini)s: t, jotka sisältävät joko maleimidia tai furaanikarbonyyliä, ristisilloittavat toisiaan. Reaktio on esitetty kaaviossa 3. Ne sekoittivat kaksi komplementtipolymeeriä keskenään muodostaen erittäin ristisidonnaisen materiaalin furaani-ja maleimidiyksiköiden DA-reaktiolla huoneenlämpötilassa, koska ristisidottu polymeeri on termodynaamisesti stabiilimpi kuin yksittäiset lähtöaineet. Kuumennettaessa polymeeriä 80 °C: seen kahden tunnin ajan polaarisessa liuottimessa kaksi monomeeriä regeneroitui RDA-reaktiolla, mikä osoitti polymeerien hajoamista. Tämä oli mahdollista, koska lämmitysenergiasta saatiin riittävästi energiaa energiaesteen ylittämiseen ja tuloksena oli kaksi monomeeriä. Kahden alkavan monomeerin eli vaurioituneen polymeerin jäähdyttäminen huoneenlämpöön 7 päiväksi paransi ja uudisti polymeeriä.

reversiibeli DA / RDA-reaktio ei rajoitu furaanimeleimideihin pohjautuviin polymeereihin, kuten schiraldin ym.tekemä työ osoittaa. Niissä on havaittu riippuvaa antraseeniryhmää sisältävien polymeerien kääntyvä ristisidos maleimideihin. Palautuva reaktio tapahtui kuitenkin vain osittain kuumennettaessa 250 °C: seen kilpailevan hajoamisreaktion vuoksi.

Monomerseditin polymeroituminen

näissä järjestelmissä DA-reaktio tapahtuu itse selkärangassa polymeerin rakentamiseksi, ei linkkinä. DA-step-kasvupohjaisen furaanimaleimidipohjaisen polymeerin (3m4f) polymerointi-ja paranemisprosesseissa osoitettiin altistamalla se lämmitys – /jäähdytysjaksoille. Tris-maleimidi (3m) ja tetra-furaani (4F) muodostivat polymeerin DA-reaktiolla ja kuumennettaessa 120 °C: n lämpötilaan ne depolymeroituivat RDA-reaktiolla, jolloin lähtöaineiksi muodostuivat. Myöhempi kuumentaminen 90-120 °C: seen ja jäähdytys huoneenlämpöön paransivat polymeeriä palauttaen osittain sen mekaaniset ominaisuudet intervention avulla. Reaktio on esitetty kaaviossa 4.

Tiolipohjaisissa polymeereissä on disulfidisidoksia, jotka voivat olla reversiibelisti ristisidoksia hapettumisen ja pelkistymisen kautta. Pelkistävässä tilassa polymeerin disulfidisillat (SS) katkeavat ja johtavat monomeereihin, kuitenkin hapettavassa tilassa kunkin monomeerin tiolit (SH) muodostavat disulfidisidoksen ristisidoten lähtöaineet muodostaen polymeerin. Chujo ym. on osoitettu tiolipohjainen reversiibeli ristisidottu polymeeri käyttäen poly (N-asetyylietyleeni-imiiniä). (Järjestelmä 5)

järjestelmä 5. Käännettävä polymeerin ristisilloitus disulfidisiltojen avulla.

Poly(urea-uretaani)Edit

pehmeä poly(urea-uretaani) verkosto käyttää aromaattisissa disulfideissa tapahtuvaa metateesireaktiota huoneenlämpötilassa itsestään paranevien ominaisuuksien aikaansaamiseksi ilman ulkoisia katalyyttejä. Tämä kemiallinen reaktio kykenee luonnostaan luomaan kovalenttisia sidoksia huoneenlämpötilassa, jolloin polymeeri paranee autonomisesti ilman ulkoista energianlähdettä. Kun materiaali jätettiin lepäämään huoneenlämpöön, se parani itsestään 80 prosentin tehokkuudella vain kahden tunnin kuluttua ja 97 prosenttia 24 tunnin kuluttua. hours.In 2014 polyurea-elastomeeripohjainen materiaali osoittautui itsestään paranevaksi, sulautuu yhteen puolittamisen jälkeen ilman katalyyttejä tai muita kemikaaleja. Materiaaliin kuuluu myös edullisia kaupallisesti saatavilla olevia yhdisteitä. Elastomeerimolekyylit virittyivät, jolloin niiden väliset sidokset pitenivät. Tuloksena olevat molekyylit on helpompi vetää erilleen toisistaan ja ne pystyvät paremmin rebondoitumaan huoneenlämmössä lähes samalla lujuudella. Uudelleensuuntaus voidaan toistaa. Venyvät, itsestään paranevat maalit ja muut pinnoitteet ovat hiljattain ottaneet askeleen lähemmäksi yleistä käyttöä Illinoisin yliopistossa tehdyn tutkimuksen ansiosta. Sikäläiset tiedemiehet ovat käyttäneet” off-the-hylly ” – komponentteja sellaisen polymeerin luomiseen, joka sulautuu takaisin yhteen sen jälkeen, kun se on leikattu kahtia, lisäämättä katalyyttejä tai muita kemikaaleja.

urea-uretaanipolymeereillä on kuitenkin lasimainen siirtymälämpötila alle 273 K, joten huoneenlämmössä ne ovat geelejä ja niiden vetolujuus on alhainen. Vetolujuuden optimoimiseksi palautuvaa sidosenergiaa tai polymeerin pituutta on kasvatettava kovalenttisen tai mekaanisen lukituksen asteen lisäämiseksi vastaavasti. Polymeerin pituuden kasvattaminen kuitenkin estää liikkuvuutta ja heikentää siten polymeerien kykyä palautua takaisin. Siten jokaisella polymeerin pituudella on optimaalinen palautuva sidosenergia.

VitrimersEdit

Vitrimerit ovat polymeerien osajoukko, joka kuroo umpeen termoplastien ja termosettien välisen kuilun. Niiden riippuvuus dissosiatiivisesta ja assosiatiivisesta vaihdosta dynaamisissa kovalenttisissa mukautettavissa verkoissa mahdollistaa erilaisten kemiallisten järjestelmien käytön, jotka mahdollistavat mekaanisesti vankkojen materiaalien synteesin, jonka avulla ne voidaan käsitellä uudelleen monta kertaa säilyttäen niiden rakenteelliset ominaisuudet ja mekaanisen lujuuden. Näiden materiaalien itsensä paraneminen johtuu ristikkäisten lajien sidosten vaihtumisesta vastauksena sovellettuihin ulkoisiin ärsykkeisiin, kuten lämpöön. Dissosiatiivinen vaihto on prosessi,jossa ristisilloitukset katkeavat ennen ristisilloituslajien rekombinaatiota, jolloin ristisilloitustiheys palautuu vaihdon jälkeen. Esimerkkejä dissosiatiivisesta vaihdosta ovat reversiibeli perisyklinen reaktio, nukleofiilinen transalkylaatio ja aminaalinen transaminaatio. Assosiatiivisessa vaihdossa on kyse substituutioreaktiosta olemassa olevan ristilinkin kanssa ja ristilinkien säilyttämisestä koko vaihdon ajan. Esimerkkejä assosiatiivisesta vaihtamisesta ovat transesteröinti, vinyyligoottisten uretaanien transaminaatio ja diketoniamiinien transaminaatio. Vitimeerejä, joilla on nanokokoinen morfologia, tutkitaan käyttämällä lohkokopolymeerivitrimeerejä verrattuna tilastollisiin kopolymeerianalogeihin, jotta voidaan ymmärtää itsekokoonpanon vaikutuksia valuuttakursseihin, viskoelastisiin ominaisuuksiin ja jälleenkäsittelykykyyn. Kierrätystä lukuun ottamatta vitrimer-materiaalit ovat lupaavia sovelluksille lääketieteessä, esimerkiksi itsestään paraneva bioepoksi, ja sovelluksille itsestään paranevissa elektronisissa näytöissä. Vaikka nämä polymeeriset järjestelmät ovat vielä lapsenkengissään, ne palvelevat kaupallisesti relevanttien ja kierrätettävien materiaalien tuottamista tulevaisuudessa, kunhan näiden kemiallisten järjestelmien räätälöimiseksi kaupallisesti relevanttien monomeerien ja polymeerien mukaisiksi tehdään enemmän työtä ja kehitetään parempaa mekaanista testausta ja materiaalin ominaisuuksien ymmärtämistä näiden materiaalien koko käyttöiän ajan (eli jälleenkäsittelysyklien jälkeen).

van der Waalsin voiman omaavat kopolymeerit

Jos van der Waalsin voimien häiriintyminen mekaanisen vaurion yhteydessä on energeettisesti epäedullista, interdigitoituneet vaihtuvat tai satunnaiset kopolymeerit paranevat itsestään energeettisesti suotuisampaan tilaan ilman ulkoista väliintuloa. Tämä itsekorjautuva käyttäytyminen tapahtuu suhteellisen kapealla koostumusalueella, mikä riippuu viskoelastisesta reaktiosta, joka energisesti suosii itsensä palautumista ketjujen erotessa, johtuen naapuriketjujen ”avainten ja lukkojen” yhteenliittymistä. Pohjimmiltaan van der Waalsin voimat vakauttavat naapurikopolymeerejä, mikä näkyy kohonneina koheesioenergian tiheysarvoina (CED). Urban jne. havainnollistaa, miten indusoidut dipolivuorovaikutukset vaihtelevissa tai satunnaisissa poly(metyylimetakrylaatti-alt-ran-n-Butyyliakrylaatti) (p(MMA-alt-ran-nBA))-kopolymeereissä suuntaavista van der Waalsin voimista johtuen voivat parantaa sekaantuneiden ja side-by-side-kopolymeeriketjujen CED-tasapainotilaa (cedeq).

Ekstriiniset polymeeripohjaiset systeemitedit

ekstriinisissä järjestelmissä paranevat kemikaalit erotetaan ympäröivästä polymeeristä mikrokapseleissa tai verisuoniverkoissa, jotka materiaalivaurion / halkeilun jälkeen vapauttavat sisältönsä halkeamatasoon reagoiden ja mahdollistaen materiaalitoimintojen palautumisen.Nämä järjestelmät voidaan jakaa edelleen useisiin luokkiin. Kapselipohjaiset polymeerit sitovat parantavia aineita pieniin kapseleihin, jotka vapauttavat aineita vain, jos ne ovat repeytyneet, kun taas verisuonten itsensä parantavat aineet sitovat parantavan aineen kapillaarityyppisiin onttoihin kanaviin, jotka voidaan yhdistää yhteen dimensiolla, kahdella dimensiolla tai kolmella dimensiolla. Kun yksi näistä kapillaareista on vaurioitunut, verkko voidaan täyttää uudelleen ulkopuolisella lähteellä tai muulla kanavalla, joka ei ole vaurioitunut. Luontaisesti itsestään paranevilla materiaaleilla ei ole eristettyä parantavaa ainetta, vaan piilevä itsensä parantava toiminto, jonka laukaisee vaurio tai ulkopuolinen ärsyke. Ulkopuoliset itsestään parantavat materiaalit voivat saavuttaa yli 100% parantavan tehokkuuden silloinkin, kun vahinko on suuri.

Mikrokapseliterapeuttisten

Kapselipohjaisten järjestelmien yhteistä on, että parantavaa ainetta kapseloidaan sopiviin mikrorakenteisiin, jotka repeävät halkeamien muodostuessa ja johtavat jatkoprosessiin materiaalien ominaisuuksien palauttamiseksi. Jos kapselin seinät ovat liian paksuja, ne eivät välttämättä murtu halkeaman lähestyessä, mutta jos ne ovat liian ohuita, ne voivat repeytyä. prematurely.In jotta tämä prosessi tapahtuisi huoneenlämmössä ja reaktantit pysyisivät monomeerisessa tilassa kapselissa, lämpösäiliöön imetään myös katalyytti. Katalyytti alentaa reaktion energiaestettä ja mahdollistaa monomeerin polymeroitumisen ilman lämmön lisäämistä. Monomeerin ja katalyytin ympärillä olevat kapselit (usein vahasta valmistetut) ovat tärkeitä erotuksen ylläpitämiseksi, kunnes halkeama helpottaa reaction.In kapselikatalysaattorijärjestelmässä kapseloitu parantaja vapautuu polymeerimatriisiin ja reagoi matriisissa jo olevan katalyytin kanssa.Tämäntyyppisen materiaalin suunnittelussa on monia haasteita. Ensinnäkin katalyytin reaktiivisuus on säilytettävä senkin jälkeen, kun se on suljettu vahaan. Lisäksi monomeerin täytyy virrata riittävän nopeasti (viskositeetiltaan riittävän alhainen) peittääkseen koko halkeaman ennen kuin se polymeroituu, tai täydellistä parantumiskykyä ei saavuteta. Lopuksi katalyytin on liuettava nopeasti monomeeriksi, jotta se reagoisi tehokkaasti ja estäisi halkeaman leviämisen edelleen.

Tämä prosessi on osoitettu disyklopentadieenin (DCPD) ja Grubbsin katalyytin (bentsylideeni-bis(trisykloheksyylifosfiini)dikloorirutenium) avulla. Sekä DCPD: n että Grubbsin katalyytti on upotettu epoksihartsiin. Monomeeri itsessään on suhteellisen epäaktiivinen eikä polymeroituminen tapahdu. Kun sekä DCPD: tä sisältävään kapseliin että katalyyttiin tulee mikrokapseli, monomeeri vapautuu ydinkuoren mikrokapselista ja joutuu kosketuksiin altistuneen katalyytin kanssa, jolloin monomeeri läpikäy rengasaukeavan metateesi–polymeraation (ROMP). Monomeerin metateesireaktiossa kahden kaksoissidoksen katkeaminen uusien sidosten eduksi. Katalyytin läsnäolo mahdollistaa energiaesteen (aktivointienergian) alenemisen, ja polymerointireaktio voi edetä huoneenlämmössä. Syntyvän polymeerin ansiosta epoksikomposiittimateriaali saa takaisin 67% entisestä vahvuudestaan.

Grubbsin katalyytti on hyvä valinta tämäntyyppiseen järjestelmään, koska se ei ole herkkä ilmalle eikä vedelle, joten se on riittävän kestävä ylläpitämään reaktiivisuutta materiaalissa. Elävän katalyytin käyttäminen on tärkeää useiden parantavien toimien edistämiseksi. Suurin haittapuoli on kustannukset. Osoitettiin, että useamman katalyytin käyttö vastasi suoraan suurempaa paranemista. Rutenium on melko kallista, mikä tekee siitä epäkäytännöllisen kaupallisiin sovelluksiin.

sen sijaan monikapselijärjestelmissä sekä katalyytti että parantava aine kapseloidaan eri kapseleihin. Kolmannessa systeemissä, jota kutsutaan piileväksi toiminnallisuudeksi, kapseloidaan parantava aine, joka voi reagoida matriisissa olevan polymerointikomponentin kanssa reaktiivisten jäännösfunktioiden muodossa. Viimeisessä lähestymistavassa (faasierotuksessa) joko parantava aine tai polymeraattori erotetaan vaiheittain matriisimateriaalista.

vaskulaariset lähestymistavat

samoja strategioita voidaan soveltaa 1D -, 2D-ja 3D-vaskulaarisissa järjestelmissä.

Onttoputkilähestymistapa

ensimmäisessä menetelmässä hauraat lasiset hiussuonet tai kuidut imetään komposiittimateriaaliin. (Huom: Tämä on jo yleisesti käytetty tapa vahvistaa materiaaleja. Katso kuituvahvisteinen muovi.) Syntyvä huokoinen verkko täyttyy monomeerilla. Kun materiaaliin tulee vaurioita säännöllisestä käytöstä, myös putket halkeavat ja monomeeri vapautuu halkeamiin. Myös muut kovetusainetta sisältävät putket halkeavat ja sekoittuvat monomeeriin, jolloin halkeama paranee. On monia asioita, jotka on otettava huomioon, kun otetaan käyttöön onttoja putkia kiderakenteeseen. Ensimmäinen harkita on, että luodut kanavat voivat vaarantaa kantavuus kyky materiaalin koska poistaminen kantavan materiaalin. Myös kanavan halkaisija, haarautumisaste, haarapisteiden sijainti ja kanavan suunta ovat joitakin tärkeimpiä asioita, jotka on otettava huomioon rakennettaessa mikrokanavia materiaaliin. Materiaalit, joiden ei tarvitse kestää paljon mekaanista rasitusta, mutta jotka haluavat itsestään parantavia ominaisuuksia, voivat tuoda enemmän mikrokanneleita kuin materiaalit, jotka on tarkoitettu kantaviksi. On olemassa kahdenlaisia onttoja putkia: diskreetti kanavat, ja toisiinsa kanavat.

diskreetit kanavat

diskreetit kanavat voidaan rakentaa riippumatta materiaalin rakentamisesta, ja ne sijoitetaan koko materiaaliin jonoksi. Näitä mikrokanavia luotaessa yksi tärkeä huomioon otettava tekijä on se, että mitä lähempänä putket ovat yhdessä, sitä pienempi lujuus on, mutta sitä tehokkaampi talteenotto on. Sandwich rakenne on eräänlainen diskreetti kanavia, jotka koostuvat putket keskellä materiaalia, ja paranee ulospäin keskeltä. Sandwich-rakenteiden jäykkyys on korkea, mikä tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon painekammioille. Suurimmaksi osaksi sandwich-rakenteissa materiaalin lujuus säilyy verisuoniverkostoihin verrattuna. Myös materiaali osoittaa lähes täydellistä toipumista vaurioista.

yhteenliitetyt verkot

yhteenliitetyt verkot ovat erillisiä kanavia tehokkaampia, mutta niiden luominen on vaikeampaa ja kalliimpaa. Alkeellisin tapa luoda näitä kanavia on soveltaa perus työstö periaatteita luoda mikro mittakaavassa kanavan urat. Nämä tekniikat tuottavat kanavia 600-700 mikrometriä. Tämä tekniikka toimii hyvin kaksiulotteisessa tasossa, mutta kun yritetään luoda kolmiulotteinen verkko, ne ovat rajallisia.

Direct ink writingEdit

Direct Ink Writing (DIW)-tekniikka on viskoelastisten musteiden ohjattua ekstruusiota kolmiulotteisten yhteenliitettyjen verkkojen luomiseksi. Se toimii asettamalla orgaanisen musteen ensin määriteltyyn kuvioon. Sitten rakenteeseen on tunkeuduttu epoksin kaltaisella materiaalilla. Tämä epoksi sitten jähmettynyt, ja muste voidaan imeä pois vaatimaton tyhjiö, jolloin ontot putket.

Hiilinanoputkiverkosto toimii

liuottamalla lineaarisen polymeerin kiinteän kolmiulotteisen epoksimatriisin sisään siten, että ne sekoittuvat toisiinsa, lineaarinen polymeeri muuttuu liikkuvaksi tietyssä lämpötilassa, kun hiilinanoputkia lisätään myös epoksimateriaaliin ja tasavirta johdetaan putkien läpi, merkittävä muutos tunnistuskäyrässä osoittaa polymeerin pysyvän vaurion, mikä ”aistii” halkeaman. Kun hiilinanoputket aistivat halkeaman rakenteessa, niitä voidaan käyttää lämpökuljetuksina matriisin lämmittämiseksi, jotta lineaariset polymeerit voivat diffundoitua täyttääkseen epoksimatriisin halkeamat. Siten parantaa materiaalia.

SLIPSEdit

toisenlaista lähestymistapaa ehdotti Harvardin yliopiston professori J. Aizenberg, joka ehdotti, että käytettäisiin liukkaita nestemäisiä huokoisia pintoja (SLIPS), huokoista materiaalia, joka on saanut innoituksensa lihansyöjäkannukasvista ja joka on täytetty voitelevalla nesteellä, joka on sekoittamaton sekä vedellä että öljyllä. Liukasteet omaavat itsestään paranevia ja itsevoitelevia ominaisuuksia sekä icefobisuutta, ja niitä käytettiin menestyksekkäästi moniin tarkoituksiin.

Uhrilanka-ompeleet

orgaaniset langat (kuten esimerkiksi polylaktidifilamentti) ommellaan kuituvahvisteisen polymeerin laminaattikerrosten läpi, jotka sitten keitetään ja imuroidaan materiaalista polymeerin kovettumisen jälkeen jättäen jälkeensä tyhjiä kanavia, joita ei voida täyttää parantavilla aineilla.