Zelfherstellend materiaal
in de vorige eeuw werden polymeren een basismateriaal in het dagelijks leven voor producten zoals kunststoffen, rubbers, films, vezels of verf. Deze enorme vraag heeft gedwongen om hun betrouwbaarheid en maximale levensduur te verlengen, en een nieuwe ontwerpklasse van polymere materialen die in staat zijn om hun functionaliteit te herstellen na schade of vermoeidheid werd overwogen. Deze polymeermaterialen kunnen in twee verschillende groepen worden verdeeld die op de benadering van het zelfherstellende mechanisme worden gebaseerd: intrinsiek of extrinsiek.Autonome zelfherstellende polymeren volgen een proces in drie stappen dat sterk lijkt op dat van een biologische reactie. In het geval van schade, is de eerste reactie triggering of activering, die bijna onmiddellijk na schade wordt opgelopen. De tweede reactie is het transport van materialen naar het getroffen gebied, wat ook zeer snel gebeurt. De derde reactie is het chemische reparatieproces. Dit proces verschilt afhankelijk van het type van het helen mechanisme dat op zijn plaats is (b.v., polymerisatie, verstrengeling, omkeerbare cross-linking). Deze materialen kunnen worden geclassificeerd op basis van drie mechanismen (capsule-gebaseerde, vasculaire-gebaseerde, en intrinsieke), die chronologisch kan worden gecorreleerd door vier generaties. Hoewel vergelijkbaar in sommige opzichten, deze mechanismen verschillen in de manieren waarop de respons wordt verborgen of voorkomen totdat de werkelijke schade is opgelopen.
- Polymeerbreakdownedit
- homolytische binding splitsing
- heterolytische binding splitsing
- reversibele binding splitsing
- supramoleculaire breakdownEdit
- intrinsiek polymeergebaseerd systeemdit
- Reversible bond-based polymersEdit
- Polymeersystemen gebaseerd op covalente bindingsvorming en breukdit
- Diels-Els en retro-Diels-Els Edit
- Cross-linked polymersEdit
- polymerisatie van multifunctionele monomersEdit
- op Thiol gebaseerde polymerenedit
- Poly (ureum-urethaan) Edit
- VitrimersEdit
- extrinsieke polymeergebaseerde systemen edit
- microcapsule healingEdit
- vasculaire benaderingdit
- benadering met holle buis
- Discrete channelsedit
- gekoppelde netwerken edit
- Direct ink writingEdit
- Koolstofnanobuisnetwerkendit
- sacrificial thread stitchingdit
Polymeerbreakdownedit
vanuit een moleculair perspectief leveren traditionele polymeren mechanische belasting door splitsing van sigmabindingen. Terwijl nieuwere polymeren op andere manieren kunnen produceren, leveren traditionele polymeren meestal via homolytische of heterolytische bindingen. De factoren die bepalen hoe een polymeer zal produceren omvatten: type stress, chemische eigenschappen die inherent zijn aan het polymeer, niveau en type solvation, en temperatuur.Vanuit een macromoleculair perspectief, leidt de spanning veroorzaakte schade op moleculair niveau tot grotere schaalschade genoemd microcracks. Een microcrack wordt gevormd waar naburige polymeerketens zijn beschadigd in de nabijheid, wat uiteindelijk leidt tot de verzwakking van de vezel als geheel.
homolytische binding splitsing
Schema 1. Homolytische splitsing van poly (methylmethacrylaat) (PMMA).
polymeren ondergaan homolytische binding door het gebruik van radicale verslaggevers zoals dpph (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) en pmnb (pentamethylnitrosobenzeen. Wanneer een band homolytisch wordt gespleten, worden twee radicale soorten gevormd die kunnen recombineren om schade te herstellen of andere homolytische splitsingen kunnen initiëren die op hun beurt tot meer schade kunnen leiden.
heterolytische binding splitsing
schema 2. Heterolytische splitsing van polyethyleenglycol.
polymeren ondergaan ook heterolytische bindingen door isotopenetiketteringsexperimenten. Wanneer een band heterolytisch wordt gespleten, worden kationische en anionische species gevormd die op hun beurt kunnen recombineren om schade te herstellen, door oplosmiddel kunnen worden gedoofd, of destructief met nabijgelegen polymeren kunnen reageren.
reversibele binding splitsing
bepaalde polymeren leveren op atypische, reversibele wijze mechanische belasting op. Op Diels-Els gebaseerde polymeren ondergaan een omkeerbare cycloaddition, waarbij mechanische spanning twee sigma-bindingen splijt in een retro Diels-Els reactie. Deze spanning resulteert in extra pi-gebonden elektronen in tegenstelling tot radicale of geladen delen.
supramoleculaire breakdownEdit
supramoleculaire polymeren zijn samengesteld uit monomeren die niet-covalent interageren. Veel voorkomende interacties zijn waterstofbruggen, metaalcoördinatie en van der Waals krachten. Mechanische stress in supramoleculaire polymeren veroorzaakt de verstoring van deze specifieke niet-covalente interacties, wat leidt tot monomeerscheiding en polymeerafbraak.
intrinsiek polymeergebaseerd systeemdit
in intrinsieke systemen is het materiaal inherent in staat zijn integriteit te herstellen. Hoewel extrinsieke benaderingen over het algemeen autonoom zijn, vereisen intrinsieke systemen vaak een externe trigger om de genezing te laten plaatsvinden (zoals thermo-mechanische, elektrische, foto-stimuli, enz.). Het is mogelijk om onderscheid te maken tussen 5 belangrijkste intrinsieke zelfgenezingsstrategieën. De eerste is gebaseerd op reversibele reacties, en het meest gebruikte reactieschema is gebaseerd op Diels-Els (DA) en retro-Diels-Els (rDA) reacties. Een andere strategie bereikt de zelfgenezing in thermohardende matrices door het opnemen van smeltbare thermoplastische additieven. Een temperatuur trigger maakt het herdispertion van thermoplastische additieven in scheuren, wat leidt tot mechanische vergrendeling. Polymeer interlockings op basis van dynamische supramoleculaire bindingen of ionomeren vertegenwoordigen een derde en vierde schema. De betrokken supramoleculaire interacties en ionomere clusters zijn over het algemeen reversibel en fungeren als reversibele kruisverbindingen, waardoor polymeren kunnen worden uitgerust met zelfgenezend vermogen. Ten slotte is een alternatieve methode voor het bereiken van intrinsieke zelfgenezing gebaseerd op moleculaire diffusie.
Reversible bond-based polymersEdit
reversibele systemen zijn polymere systemen die kunnen terugkeren naar de begintoestand of het nu monomeer, oligomeer of niet-Vernet is. Omdat het polymeer stabiel is onder normale omstandigheden, vereist het omkeerbare proces meestal een externe stimulus om het te laten plaatsvinden. Voor een reversibele helende polymeer, als het materiaal wordt beschadigd door middel van verhitting en terugkeert naar zijn bestanddelen, kan het worden gerepareerd of “genezen” om zijn polymeer vorm door toepassing van de oorspronkelijke toestand gebruikt om het te polymeriseren.
Polymeersystemen gebaseerd op covalente bindingsvorming en breukdit
Diels-Els en retro-Diels-Els Edit
bij de voorbeelden van reversibele helende polymeren lijkt de Diels-Els (DA) reactie en de retro-Diels-Els (RDA) analoog veelbelovend vanwege de thermische omkeerbaarheid. In het algemeen, vormt het monomeer dat de functionele groepen zoals furaan of maleimide bevat twee koolstof-koolstofbindingen op een specifieke manier en construeert het polymeer door Da-reactie. Dit polymeer, bij verhitting, breekt af tot zijn oorspronkelijke monomere eenheden via RDA-reactie en dan hervormt het polymeer bij het koelen of door andere voorwaarden die aanvankelijk werden gebruikt om het polymeer te maken. In de afgelopen decennia zijn twee soorten reversibele polymeren bestudeerd: (I) polymeren waarbij de pendelgroepen, zoals furaan-of maleïmidegroepen, elkaar kruisen door opeenvolgende da-koppelingsreacties.; – polymeren waarbij de multifunctionele monomeren met elkaar verbonden zijn door opeenvolgende da-koppelingsreacties.
Cross-linked polymersEdit
in dit type polymeer ontstaat het polymeer door de dwarsverbinding van de pendelgroepen van de lineaire thermoplasten. Bijvoorbeeld, Saegusa et al. hebben de omkeerbare dwarsverbindingen aangetoond van gemodificeerde poly (n-acetylethyleneimine) s die ofwel maleimide ofwel furancarbonyl hanger moideties bevatten. De reactie wordt getoond in Schema 3. Ze vermengen de twee complementaire polymeren tot een sterk Vernet materiaal door DA-reactie van furaan-en maleïmide-eenheden bij kamertemperatuur, omdat het Vernet polymeer thermodynamischer stabiel is dan de afzonderlijke grondstoffen. Echter, bij het verwarmen van het polymeer tot 80 °C gedurende twee uur in een polair oplosmiddel, werden twee monomeren geregenereerd via een ADH-reactie, wat wijst op het breken van polymeren. Dit was mogelijk omdat de verwarmingsenergie voldoende energie leverde om over de energiebarrière te gaan en resulteert in de twee monomeren. Afkoelen van de twee beginnende monomeren, of beschadigd polymeer, op kamertemperatuur gedurende 7 dagen genezen en hervormd het polymeer.
schema 3. Reversibele polymeer cross-linking via Diels-Els cycloadditiereactie tussen furan en maleimide.
de reversibele DA / RDA-reactie is niet beperkt tot polymeren op basis van furan-meleimides, zoals blijkt uit het werk van Schiraldi et al. Zij hebben de omkeerbare dwarsverbinding aangetoond van polymeren die pendent antraceengroep met maleïmiden dragen. De reversibele reactie trad echter slechts gedeeltelijk op bij verhitting tot 250 °C als gevolg van de concurrerende ontledingsreactie.
polymerisatie van multifunctionele monomersEdit
in deze systemen vindt de DA-reactie plaats in de ruggengraat zelf om het polymeer te construeren, niet als een link. Voor polymerisatie-en genezingsprocessen van een op DA-stap-groei gebaseerd polymeer op furan-maleïmide (3M4F) werden aangetoond door het te onderwerpen aan verwarmings – /koelcycli. Tris-maleimide (3M) en tetra-furan (4F) vormden een polymeer door DA-reactie en, bij verhitting tot 120 °C, gedepolymeriseerd door ADH-reactie, resulterend in de uitgangsmaterialen. Vervolgens verhitting tot 90-120 °C en afkoeling tot kamertemperatuur heelde het polymeer, gedeeltelijk herstel van de mechanische eigenschappen door tussenkomst. De reactie wordt getoond in Schema 4.
schema 4. Omkeerbaar sterk Vernet polymeernetwerk op basis van furan-maleïmide.
op Thiol gebaseerde polymerenedit
De op thiol gebaseerde polymeren hebben disulfidebindingen die reversibel kunnen worden Vernet door oxidatie en reductie. Onder reducerende voorwaarde breekt het disulfide (SS) bruggen in het polymeer en resulteert in monomeren, echter, onder oxiderende voorwaarde, vormen de thiolen (SH) van elk monomeer de disulfidebinding, waarbij de grondstoffen worden gekruist om het polymeer te vormen. Chujo et al. hebben aangetoond dat de thiol-gebaseerde omkeerbare Vernet polymeer met behulp van poly (n-acetylethyleneimine). (Schema 5)
schema 5. Omkeerbare polymeer cross-linking door disulfide bruggen.
Poly (ureum-urethaan) Edit
een netwerk van zachte poly(ureum-urethaan) gebruikt de metathesereactie in aromatische disulfiden om zelfherstellende eigenschappen bij kamertemperatuur te verkrijgen, zonder dat externe katalysatoren nodig zijn. Deze chemische reactie is van nature in staat om covalente bindingen te creëren bij kamertemperatuur, waardoor het polymeer autonoom kan genezen zonder externe energiebron. Het materiaal herstelde zich na slechts twee uur met 80 procent efficiëntie en na 24 uur met 97 procent. hours.In 2014 een materiaal op basis van polyurea-elastomeer bleek zelfgenezend te zijn, smelt samen nadat het in tweeën is gesneden, zonder toevoeging van katalysatoren of andere chemicaliën. Het materiaal omvat ook goedkope commercieel beschikbare verbindingen. De elastomeermoleculen werden aangepast, waardoor de banden tussen hen langer werden. De resulterende moleculen zijn gemakkelijker uit elkaar te trekken en beter in staat om rebond bij kamertemperatuur met bijna dezelfde sterkte. De rebonding kan worden herhaald. Stretchy, zelfherstellende verven en andere coatings onlangs een stap dichter bij Gemeenschappelijk gebruik, dankzij onderzoek wordt uitgevoerd aan de Universiteit van Illinois. Wetenschappers daar hebben “kant-en-klare” componenten gebruikt om een polymeer te creëren dat na het doormidden snijden weer in elkaar smelt, zonder de toevoeging van katalysatoren of andere chemicaliën.
De ureum-urethaanpolymeren hebben echter een glazige overgangstemperatuur van minder dan 273 K en zijn daarom bij kamertemperatuur gels en een lage treksterkte. Om de treksterkte te optimaliseren moet de omkeerbare bindingsenergie, of de polymeerlengte worden verhoogd om de graad van respectievelijk covalente of mechanische vergrendeling te verhogen. Echter, verhoging polymeer lengte remt mobiliteit en daardoor vermindert het vermogen voor polymeren om re-reversibele binding. Bij elke polymeerlengte bestaat dus een optimale omkeerbare bindingsenergie.
VitrimersEdit
Vitrimers zijn een subset van polymeren die de kloof tussen thermoplasten en thermosets overbruggen. Hun afhankelijkheid van dissociatieve en associatieve uitwisseling binnen dynamische covalente aanpasbare netwerken maakt het mogelijk om toegang te krijgen tot een verscheidenheid aan chemische systemen die de synthese mogelijk maken van mechanisch robuuste materialen met de mogelijkheid om vele malen te worden opgewerkt met behoud van hun structurele eigenschappen en mechanische sterkte. Het zelfgenezende aspect van deze materialen is toe te schrijven aan de banduitwisseling van crosslinked species als reactie op toegepaste externe stimuli, zoals hitte. De dissociatieve uitwisseling is het proces waardoor crosslinks voorafgaand aan nieuwe combinatie van crosslinking species worden verbroken, waardoor de crosslinkdichtheid na uitwisseling wordt hersteld. De voorbeelden van dissociatieve uitwisseling omvatten omkeerbare pericyclische reacties, nucleofiele transalkylation, en aminal transamination. Associatieve uitwisseling omvat de substitutie reactie met een bestaande crosslink en het behoud van crosslinks gedurende de uitwisseling. Voorbeelden van associatieve uitwisseling zijn transesterificatie, transaminatie van vinylogous urethanen en transaminatie van diketoneamines. Vitrimers die nanoscale morfologie bezitten worden bestudeerd, door het gebruik van blokcopolymeer vitrimers in vergelijking met statistische copolymeeranalogen, om de effecten van zelfassemblage op wisselkoersen, visco-elastische eigenschappen en opwerkbaarheid te begrijpen. Naast recycling zijn vitrimermaterialen veelbelovend voor toepassingen in de geneeskunde, bijvoorbeeld zelfherstellende bioepoxy en toepassingen in zelfherstellende elektronische schermen. Hoewel deze polymere systemen nog in de kinderschoenen staan, dienen ze in de komende toekomst om commercieel relevante, recycleerbare materialen te produceren, zolang er meer werk wordt gedaan om deze chemische systemen af te stemmen op commercieel relevante monomeren en polymeren, en om betere mechanische tests en een beter begrip van de materiaaleigenschappen te ontwikkelen gedurende de levensduur van deze materialen (d.w.z. cycli na het opnieuw verwerken).
copolymeren met Van der Waals-kracht
indien verstoring van Van der Waals-krachten bij mechanische schade energetisch ongunstig is, zullen interdigitated afwisselende of willekeurige copolymeermotieven zichzelf genezen tot een energetisch gunstiger toestand zonder externe interventie. Dit zelfgenezend gedrag vindt plaats binnen een relatief smal compositorisch bereik, afhankelijk van een visco-elastische respons die energetisch zelfherstel bevordert bij kettingscheiding, als gevolg van ‘key-and-lock’ associaties van de naburige ketens. In essentie stabiliseren van der Waals krachten naburige copolymeren, wat wordt weerspiegeld in verhoogde cohesieve energiedichtheid (CED) waarden. Stedelijke enz. illustreert hoe geïnduceerde dipoolinteracties voor afwisselende of willekeurige poly (methylmethacrylaat-alt-ran-n-butylacrylaat) (p (MMA-alt-ran-nBA)) copolymeren als gevolg van directionele van der Waals krachten het CED at-evenwicht (CEDeq) van verstrengelde en side-by-side copolymeerketens kunnen verbeteren.
extrinsieke polymeergebaseerde systemen edit
in extrinsieke systemen worden de genezende chemie gescheiden van het omringende polymeer in microcapsules of vasculaire netwerken die, na beschadiging/barsten van het materiaal, hun inhoud in het scheurvlak afgeven, reageren en het herstel van materiële functionaliteiten mogelijk maken.Deze systemen kunnen verder worden onderverdeeld in verschillende categorieën. Terwijl de op capsules gebaseerde polymeren de helende agenten in kleine capsules afscheiden die de agenten slechts vrijgeven als zij zijn gescheurd, isoleren vasculaire zelf-helende materialen het helende agent in capillaire type holle kanalen die één dimensioneel, twee dimensioneel, of drie dimensioneel met elkaar kunnen worden verbonden. Nadat een van deze haarvaten is beschadigd, kan het netwerk worden bijgevuld door een externe bron of een ander kanaal dat niet is beschadigd. Intrinsieke self-healing materialen hebben geen afgezonderd genezend middel, maar in plaats daarvan hebben een latente self-healing functionaliteit die wordt veroorzaakt door schade of door een externe stimulus. Extrinsieke zelfherstellende materialen kunnen helende efficiëntie bereiken van meer dan 100%, zelfs wanneer de schade groot is.
microcapsule healingEdit
Op capsules gebaseerde systemen hebben gemeen dat helende middelen worden ingekapseld in geschikte microstructuren die scheuren bij de vorming van scheuren en leiden tot een follow-up proces om de eigenschappen van de materialen te herstellen. Als de wanden van de capsule te dik zijn gemaakt, kunnen ze niet breken wanneer de scheur nadert, maar als ze te dun zijn, kunnen ze scheuren prematurely.In om dit proces bij kamertemperatuur te laten plaatsvinden, en om de reagentia in een monomere toestand binnen de capsule te laten blijven, wordt ook een katalysator in de thermoset ingebed. De katalysator verlaagt de energiebarrière van de reactie en laat het monomeer toe om te polymeriseren zonder de toevoeging van hitte. De capsules (vaak gemaakt van was) rond het monomeer en de katalysator zijn belangrijk om de scheiding te handhaven totdat de scheur vergemakkelijkt de reaction.In het capsule-katalysator systeem, de ingekapselde helende agent wordt vrijgegeven in de polymeermatrix en reageert met de katalysator, al aanwezig in de matrix.Er zijn veel uitdagingen bij het ontwerpen van dit soort materiaal. Ten eerste moet de reactiviteit van de katalysator behouden blijven, zelfs nadat deze in was is ingesloten. Bovendien moet het monomeer stromen met een voldoende snelheid (hebben lage viscositeit) om de gehele scheur te bedekken voordat het gepolymeriseerd, of volledige helende capaciteit zal niet worden bereikt. Ten slotte moet de katalysator snel oplossen in het monomeer om efficiënt te reageren en verdere verspreiding van de scheur te voorkomen.
schema 6. ROMP van DCPD via Grubbs ‘katalysator
Dit proces is aangetoond met dicyclopentadieen (DCPD) en Grubbs’ katalysator (benzylideen-bis(tricyclohexylfosfine)dichlooruthenium). Zowel DCPD als Grubbs’ katalysator zijn ingebed in een epoxyhars. Het monomeer op zichzelf is relatief onwerkzaam en polymerisatie vindt niet plaats. Wanneer een microcrack zowel de capsule met DCPD als de katalysator bereikt, komt het monomeer vrij uit de microcapsule in de kern en komt het in contact met de blootgestelde katalysator, waarop het monomeer ringopening metathese–polymerisatie (ROMP) ondergaat. De metathesereactie van het monomeer impliceert de ontbinding van de twee dubbele bindingen ten gunste van nieuwe bindingen. De aanwezigheid van de katalysator staat voor de energiebarrière (energie van activering) toe om te worden verlaagd, en de polymerisatiereactie kan bij kamertemperatuur doorgaan. Het resulterende polymeer zorgt ervoor dat het epoxy composietmateriaal 67% van zijn vroegere sterkte herwint.
Grubbs’ katalysator is een goede keuze voor dit type systeem omdat hij ongevoelig is voor lucht en water en dus robuust genoeg is om de reactiviteit binnen het materiaal te behouden. Het gebruik van een levende katalysator is belangrijk om meerdere helende acties te bevorderen. Het grootste nadeel zijn de kosten. Er werd aangetoond dat het gebruik van meer van de katalysator direct overeenkwam met een hogere graad van genezing. Ruthenium is vrij duur, waardoor het onpraktisch voor commerciële toepassingen maakt.
figuur 1. Afbeelding van crack voortplanting door microcapsule ingebed materiaal. Monomeer microcapsules worden vertegenwoordigd door roze cirkels en de katalysator wordt getoond door paarse punten.
daarentegen zijn in multicapsulesystemen zowel de katalysator als het genezende middel ingekapseld in verschillende capsules. In een derde systeem, latente functionaliteit genoemd, wordt een helende agent ingekapseld, die met de polymerizercomponent kan reageren die in de matrijs in de vorm van overblijvende reactieve functionaliteiten aanwezig is. In de laatste benadering (fasescheiding), is ofwel het helende middel of de polymerizer fase-gescheiden in het matrixmateriaal.
vasculaire benaderingdit
dezelfde strategieën kunnen worden toegepast in 1D -, 2D-en 3D-vasculaire systemen.
benadering met holle buis
bij de eerste methode worden fragiele glazen capillairen of vezels ingebed in een composietmateriaal. (Opmerking: Dit is al een veelgebruikte praktijk voor het versterken van materialen. Zie vezelversterkte kunststof.) Het resulterende poreuze netwerk is gevuld met monomeer. Wanneer schade optreedt in het materiaal bij regelmatig gebruik, barsten de buizen ook en komt het monomeer vrij in de scheuren. Andere buizen met een verharder ook barsten en mengen met het monomeer, waardoor de scheur te genezen. Er zijn veel dingen om rekening mee te houden bij het introduceren van holle buizen in een kristallijne structuur. Eerste om te overwegen is dat de gecreëerde kanalen het draagvermogen van het materiaal kan compromitteren als gevolg van het verwijderen van dragend materiaal. Ook de kanaaldiameter, de mate van vertakking, de locatie van vertakkingspunten en de kanaaloriëntatie zijn enkele van de belangrijkste dingen om te overwegen bij het opbouwen van microkanalen binnen een materiaal. Materialen die niet veel mechanische belasting hoeven te weerstaan, maar zelfherstellende eigenschappen willen, kunnen meer microkanalen introduceren dan materialen die bedoeld zijn om belastend te zijn. Er zijn twee soorten holle buizen: discrete kanalen, en onderling verbonden kanalen.
Discrete channelsedit
Discrete channels kunnen onafhankelijk van het bouwen van het materiaal worden gebouwd en worden in een array door het hele materiaal geplaatst. Bij het maken van deze microkanalen is een belangrijke factor om rekening mee te houden dat hoe dichter de buizen bij elkaar zijn, hoe lager de sterkte zal zijn, maar hoe efficiënter het herstel zal zijn. Een sandwichstructuur is een soort discrete kanalen die bestaat uit buizen in het midden van het materiaal, en geneest naar buiten vanuit het midden. De stijfheid van sandwichconstructies is hoog, waardoor het een aantrekkelijke optie is voor drukkamers. Voor het grootste deel in sandwichstructuren wordt de sterkte van het materiaal gehandhaafd in vergelijking met vasculaire netwerken. Ook toont materiaal bijna volledig herstel van schade.
gekoppelde netwerken edit
gekoppelde netwerken zijn efficiënter dan afzonderlijke kanalen, maar zijn moeilijker en duurder te creëren. De meest elementaire manier om deze kanalen te creëren is om basis bewerkingsprincipes toe te passen om micro schaal kanaal groeven te creëren. Deze technieken leveren kanalen op van 600-700 micrometer. Deze techniek werkt geweldig op het tweedimensionale vlak, maar wanneer het proberen om een driedimensionaal netwerk te creëren, zijn ze beperkt.
Direct ink writingEdit
De direct Ink Writing (DIW) techniek is een gecontroleerde extrusie van visco-elastische inkten om driedimensionale gekoppelde netwerken te creëren. Het werkt door eerst organische inkt in een bepaald patroon te zetten. Dan wordt de structuur geïnfiltreerd met een materiaal als een epoxy. Deze epoxy wordt dan gestold,en de inkt kan worden gezogen met een bescheiden vacuüm, waardoor de holle buizen.
Koolstofnanobuisnetwerkendit
door het oplossen van een lineair polymeer in een vaste driedimensionale epoxy matrix, zodat ze onderling verwisselbaar zijn, wordt het lineaire polymeer mobiel bij een bepaalde temperatuur wanneer koolstofnanobuisjes ook in epoxy materiaal worden opgenomen, en een gelijkstroom door de buizen wordt geleid, wijst een significante verschuiving in de detectiekromme op permanente schade aan het polymeer, waardoor een scheur wordt ‘ontdekt’. Wanneer de koolstof nanotubes een scheur binnen de structuur voelen, kunnen zij als thermische transporten worden gebruikt om de matrijs op te warmen zodat kunnen de lineaire polymeren diffunderen om de scheuren in de epoxymatrijs te vullen. Zo geneest het materiaal.een andere benadering werd voorgesteld door Prof. J. Aizenberg van de Harvard-universiteit, die voorstelde om gladde, door vloeistof doordrenkte poreuze oppervlakken (SLIPS) te gebruiken, een poreus materiaal geïnspireerd door de vleesetende kruikenplant en gevuld met een smeervloeistof die niet mengbaar is met water en olie. SLIPS bezitten zelfgenezende en zelfsmerende eigenschappen evenals icefobicity en werden met succes gebruikt voor vele doeleinden.
sacrificial thread stitchingdit
organische draden (zoals polylactide filament bijvoorbeeld) worden gestikt door laminaatlagen van vezelversterkte polymeer, die vervolgens worden gekookt en uit het materiaal gezogen na het uitharden van het polymeer, waarbij lege kanalen achterblijven die met helende middelen kunnen worden gevuld.