Tiolbaserte polymererrediger

de tiolbaserte polymerene har disulfidbindinger som kan reversibelt kryssbindes gjennom oksidasjon og reduksjon. Under reduserende tilstand, disulfid (SS) broer i polymer pauser og resulterer i monomerer, men under oksiderende tilstand, tiolene (SH) av hver monomer danner disulfidbinding, kryssbinding av utgangsmaterialene for å danne polymeren. Chujo et al. har vist tiolbasert reversibel tverrbundet polymer ved bruk av poly (n-acetyletyleneimin). (Skjema 5)

Poly(urea-uretan)Edit

et mykt poly(urea-uretan) nettverk bruker metatesereaksjonen i aromatiske disulfider for å gi romtemperatur selvhelbredende egenskaper, uten behov for eksterne katalysatorer. Denne kjemiske reaksjonen er naturlig i stand til å skape kovalente bindinger ved romtemperatur, slik at polymeren kan helbrede autonomt uten en ekstern energikilde. Venstre for å hvile ved romtemperatur, reparerte materialet seg med 80 prosent effektivitet etter bare to timer og 97 prosent etter 24 hours.In 2014 et polyurea elastomerbasert materiale ble vist å være selvhelbredende, smeltet sammen etter å ha blitt kuttet i halv, uten tilsetning av katalysatorer eller andre kjemikalier. Materialet inkluderer også billige kommersielt tilgjengelige forbindelser. Elastomermolekylene ble tweaked, noe som gjorde bindingene mellom dem lenger. De resulterende molekylene er lettere å trekke fra hverandre og bedre i stand til å rebondere ved romtemperatur med nesten samme styrke. Rebonding kan gjentas. Stretchy, selvhelbredende maling og andre belegg tok nylig et skritt nærmere vanlig bruk, takket være forskning utført Ved University Of Illinois. Forskere der har brukt» off-the-shelf » komponenter for å lage en polymer som melds sammen igjen etter å ha blitt kuttet i to, uten tilsetning av katalysatorer eller andre kjemikalier.urea-uretanpolymerene har imidlertid glassaktige overgangstemperaturer under 273 K, derfor ved romtemperatur er de geler og deres strekkstyrke er lav. For å optimalisere strekkfastheten må reversibel bindingsenergi, eller polymerlengden økes for å øke graden av kovalent eller mekanisk sammenlåsing henholdsvis. Imidlertid hemmer øke polymer lengde mobilitet og dermed svekker muligheten for polymerer å re-reversibelt binding. Således ved hver polymerlengde finnes en optimal reversibel bindingsenergi.

VitrimersEdit

Vitrimere Er en delmengde av polymerer som bygger bro mellom termoplast og termosett. Deres avhengighet av dissosiativ og assosiativ utveksling innen dynamiske kovalente tilpasningsdyktige nettverk gjør det mulig å få tilgang til en rekke kjemiske systemer som tillater syntese av mekanisk robuste materialer med evnen til å bli reprosessert mange ganger, samtidig som de opprettholder sine strukturelle egenskaper og mekanisk styrke. Det selvhelbredende aspektet av disse materialene skyldes bindingsutvekslingen av tverrbundne arter som et svar på påførte ytre stimuli, som for eksempel varme. Dissosiativ utveksling er prosessen ved hvilken krysskoblinger brytes før rekombinasjon av krysskoblingsarter, og derved gjenoppretter krysskoblingsdensiteten etter utveksling. Eksempler på dissosiativ utveksling inkluderer reversible perikykliske reaksjoner, nukleofil transalkylering og aminal transaminering. Assosiativ utveksling innebærer substitusjonsreaksjonen med en eksisterende kryssbinding og oppbevaring av kryssbindinger gjennom utveksling. Eksempler på assosiativ utveksling inkluderer transesterifisering, transaminering av vinylogøse uretaner og transaminering av diketoneaminer. Vitrimers besitter nanoskala morfologi blir studert, gjennom bruk av blokk kopolymer vitrimers i forhold til statistiske kopolymer analoger, for å forstå effekten av selvmontering på valutakurser, viskoelastiske egenskaper, og reprosessability. Annet enn resirkulering, viser vitrimer-materialer løfte om applikasjoner i medisin, for eksempel selvhelbredelig bioepoksi, og applikasjoner i selvhelbredende elektroniske skjermer. Selv om disse polymere systemene fortsatt er i sin barndom, tjener de til å produsere kommersielt relevante, resirkulerbare materialer i den kommende fremtiden, så lenge det gjøres mer arbeid for å skreddersy disse kjemiske systemene til kommersielt relevante monomerer og polymerer, samt utvikle bedre mekanisk testing og forståelse av materialegenskaper gjennom levetiden til disse materialene (dvs.

Kopolymerer med van Der Waals-kraft

hvis forstyrrelsen av van Der Waals-krefter ved mekanisk skade er energisk ugunstig, vil interdigiterte vekslende eller tilfeldige kopolymermotiver helbrede seg selv til en energisk gunstigere tilstand uten ekstern inngrep. Denne selvhelbredende oppførselen skjer innenfor et relativt smalt komposisjonsområde avhengig av en viskoelastisk respons som energisk favoriserer selvutvinning ved kjedeseparasjon, på grunn av ‘nøkkel-og-lås’ foreninger av nabokjedene. I hovedsak stabiliserer van Der Waals-styrker nabokopolymerer, noe som gjenspeiles i forbedret cohesive energy density (CED)-verdier. Urban etc. illustrerer hvordan induserte dipolinteraksjoner for vekslende eller tilfeldige poly (metylmetakrylat-alt-ran-n-butylakrylat) (p (MMA-alt-ran-nBA)) kopolymerer på grunn av retningsbestemte van Der Waals-krefter kan forbedre Ced ved likevekt (CEDeq) av sammenfiltrede og side-by-side kopolymer kjeder.

Ekstrinsiske polymerbaserte systemerrediger

i ekstrinsiske systemer separeres de helbredende kjemikaliene fra den omkringliggende polymeren i mikrokapsler eller vaskulære nettverk som, etter materiell skade/sprekker, frigjør innholdet i sprekkplanet, reagerer og tillater restaurering av materialfunksjoner.Disse systemene kan videre deles inn i flere kategorier. Mens kapselbaserte polymerer sekvestrer helbredelsesmidlene i små kapsler som bare frigjør agentene hvis de brytes, sekvestrer vaskulære selvhelbredende materialer helbredelsesmidlet i kapillær type hule kanaler som kan kobles sammen en dimensjonalt, todimensjonalt eller tredimensjonalt. Etter at en av disse kapillærene er skadet, kan nettverket fylles på igjen av en ekstern kilde eller en annen kanal som ikke ble skadet. Iboende selvhelbredende materialer har ikke et sekvestrert helbredende middel, men har i stedet en latent selvhelbredende funksjonalitet som utløses av skade eller ved en ekstern stimulans. Ytre selvhelbredende materialer kan oppnå helbredende effektivitet over 100% selv når skaden er stor.

mikrokapselhealingedit

Kapselbaserte systemer har til felles at helbredende midler er innkapslet i egnede mikrostrukturer som brister ved sprekkdannelse og fører til en oppfølgingsprosess for å gjenopprette materialets egenskaper. Hvis kapselens vegger er opprettet for tykke, kan de ikke bryte når sprekken nærmer seg, men hvis de er for tynne, kan de briste prematurely.In for at denne prosessen skal skje ved romtemperatur, og for reaktantene å forbli i en monomer tilstand i kapselen, er en katalysator også innebygd i termosettet. Katalysatoren senker reaksjonens energibarriere og tillater monomeren å polymerisere uten tilsetning av varme. Kapslene (ofte laget av voks) rundt monomeren og katalysatoren er viktige for å opprettholde separasjon til sprekken letter reaction.In kapselkatalysatorsystemet, det innkapslede helbredende middel, frigjøres i polymermatrisen og reagerer med katalysatoren, som allerede er tilstede i matrisen.Det er mange utfordringer i utformingen av denne typen materiale. For det første må katalysatorens reaktivitet opprettholdes selv etter at den er innelukket i voks. I tillegg må monomeren strømme med tilstrekkelig hastighet (har lav nok viskositet) for å dekke hele sprekken før den polymeriseres, eller full helingskapasitet vil ikke bli nådd. Til slutt må katalysatoren raskt oppløses i monomeren for å reagere effektivt og forhindre at sprekken sprer seg videre.

denne prosessen har blitt demonstrert med dicyklopentadien (DCPD) Og Grubbs’ katalysator(benzyliden-bis (tricykloheksylfosfin)diklororuthenium). Både Dcpd og Grubbs’ katalysator er innebygd i en epoksyharpiks. Monomeren i seg selv er relativt ureaktiv og polymerisering finner ikke sted. Når en microcrack når både kapsel som inneholder DCPD og katalysatoren, frigjøres monomeren fra kjernen-shell mikrokapsel og kommer i kontakt med eksponert katalysator, hvorpå monomeren gjennomgår ringåpning metathesepolymerisering (ROMP). Metatesereaksjonen av monomeren innebærer avvikelsen av de to dobbeltbindingene til fordel for nye obligasjoner. Tilstedeværelsen av katalysatoren tillater at energibarrieren (aktiveringsenergi) senkes, og polymerisasjonsreaksjonen kan fortsette ved romtemperatur. Den resulterende polymeren tillater epoksykomposittmaterialet å gjenvinne 67% av sin tidligere styrke.Grubbs ‘ katalysator er et godt valg for denne typen system fordi den er ufølsom for luft og vann, og dermed robust nok til å opprettholde reaktivitet i materialet. Bruk av en levende katalysator er viktig for å fremme flere helbredende handlinger. Den store ulempen er kostnaden. Det ble vist at bruk av mer av katalysatoren korresponderte direkte til høyere grad av helbredelse. Ruthenium er ganske kostbart, noe som gjør det upraktisk for kommersielle applikasjoner.

i kontrast er både katalysatoren og helbredelsesmidlet innkapslet i forskjellige kapsler i multicapsule-systemer. I et tredje system, kalt latent funksjonalitet, er et helbredende middel innkapslet, som kan reagere med polymerisatorkomponenten som er tilstede i matrisen i form av gjenværende reaktive funksjoner. I den siste tilnærmingen (faseseparasjon) er enten helbredelsesmidlet eller polymerisatoren faseseparert i matriksmaterialet.

Vaskulære tilnærmingerrediger

de samme strategiene kan brukes I 1d, 2d og 3d vaskulære baserte systemer.

Hult rør approached

for den første metoden er skjøre glasskapillærer eller fibre innebygd i et komposittmateriale. (Merk: dette er allerede en vanlig praksis for å styrke materialer. Se Fiberforsterket plast.) Det resulterende porøse nettverket er fylt med monomer. Når det oppstår skade i materialet fra vanlig bruk, knekker rørene også og monomeren slippes ut i sprekker. Andre rør som inneholder et herdemiddel sprekker også og blandes med monomeren, slik at sprekken blir helbredet. Det er mange ting å ta hensyn til når man introduserer hule rør i en krystallinsk struktur. Først å vurdere er at de opprettede kanalene kan kompromittere materialets bæreevne på grunn av fjerning av bærende materiale. Kanaldiameteren, graden av forgrening, plasseringen av grenpunkter og kanalretning er også noen av de viktigste tingene du bør vurdere når du bygger opp mikrokanaler i et materiale. Materialer som ikke trenger å tåle mye mekanisk belastning, men ønsker selvhelbredende egenskaper, kan introdusere flere mikrokanaler enn materialer som er ment å være bærende. Det finnes to typer hule rør: diskrete kanaler og sammenkoblede kanaler.

Discrete channelsEdit

Diskrete kanaler kan bygges uavhengig av å bygge materialet og plasseres i en matrise gjennom hele materialet. Når du lager disse mikrokanaler, er det en viktig faktor å ta hensyn til at jo nærmere rørene er sammen, desto lavere blir styrken, men jo mer effektiv blir utvinningen. En sandwichstruktur er en type diskrete kanaler som består av rør i midten av materialet, og helbreder utover fra midten. Stivheten i sandwichstrukturer er høy, noe som gjør det til et attraktivt alternativ for trykkkamre. For det meste i sandwichstrukturer opprettholdes materialets styrke i forhold til vaskulære nettverk. Materialet viser også nesten full gjenoppretting fra skade.

Sammenkoblede nettverkredit

Sammenkoblede nettverk er mer effektive enn diskrete kanaler, men er vanskeligere og dyrere å lage. Den mest grunnleggende måten å lage disse kanalene på er å bruke grunnleggende maskinprinsipper for å lage mikroskala kanalspor. Disse teknikkene gir kanaler fra 600-700 mikrometer. Denne teknikken fungerer bra på det todimensjonale planet, men når de prøver å skape et tredimensjonalt nettverk, er de begrenset.Diw-teknikken (Direct Ink Writing) er en kontrollert ekstrudering av viskoelastisk blekk for å skape tredimensjonale sammenkoblede nettverk. Det fungerer ved først å sette organisk blekk i et definert mønster. Da er strukturen infiltrert med et materiale som en epoksy. Denne epoxy blir deretter størknet, og blekket kan suges ut med et beskjedent vakuum, og skaper de hule rørene.

Karbon nanorør networksEdit

gjennom oppløsning av en lineær polymer inne i en solid tredimensjonal epoksymatrise, slik at de er blandbare med hverandre, blir den lineære polymeren mobil ved en viss temperatur Når karbonnanorør også er innlemmet i epoksymateriale, og en likestrøm kjøres gjennom rørene, indikerer et betydelig skifte i sensing kurve permanent skade på polymeren, og dermed ‘sensing’ en sprekk. Når karbonnanorørene føler en sprekk i strukturen, kan de brukes som termiske transporter for å varme opp matrisen, slik at de lineære polymerene kan diffundere for å fylle sprekker i epoksymatrisen. Dermed helbrede materialet.

SLIPSEdit

En annen tilnærming ble foreslått Av Prof. J. Aizenberg Fra Harvard University, som foreslo å bruke Glatte Væskeinfuserte Porøse Overflater( SLIPS), et porøst materiale inspirert av kjøttetende krukkeplante og fylt med en smørevæske ublandbar med både vann og olje. SLIPS har selvhelbredende og selvsmørende egenskaper, så vel som isfobicitet og ble vellykket brukt til mange formål.

Sacrificial thread stitchingEdit

Organiske tråder (for eksempel polylactide filament for eksempel) sys gjennom laminatlag av fiberforsterket polymer, som deretter kokes og støvsuges ut av materialet etter herding av polymeren, og etterlater tomme kanaler enn det som kan fylles med helbredende midler.