کفش‌هایی که خود را ترمیم می‌کنند!

شاید از این پس به جای دور انداختن پوتین‌های آسیب‌دیده و اسباب‌بازی‌های شکسته بتوانیم به آنها فرصت دهیم که خود را تعمیر کنند. پژوهشگران "دانشکده مهندسی ویتربی یو. اس‌.سی"(USC) در "دانشگاه کالیفرنیای جنوبی"(USC)، مواد چاپ سه‌بعدی از جنس لاستیک ابداع کرده‌اند که می‌توان از آنها برای رسیدن به این هدف استفاده کرد.

 

"کیمینگ وانگ"(Qiming Wang)، استادیار دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، در زمینه ابداع مواد چاپ سه‌بعدی برای اهداف گوناگون از جمله ابزار الکترونیکی انعطاف‌پذیر تا ابزار کنترل صدا فعالیت می‌کند. اکنون وانگ با همکاری دانشجویان دانشکده یو.اس‌.سی، ماده جدیدی ابداع کرده که با سرعت ساخته می‌شود و در صورت شکسته شدن می‌تواند خود را ترمیم کند.

 

این ماده برای صنایعی مانند ساخت کفش، لاستیک خودرو، ربات‌های نرم و حتی تجهیزات الکترونیکی مناسب است و می‌تواند زمان ساخت را کاهش و دوام و طول عمر محصولات را افزایش دهد. این ماده، با استفاده از نوعی چاپ ۳ بعدی ساخته می‌شود که روش "فتوپلیمریزاسیون"(photopolymerization) در آن به کار می‌رود. این فرآیند، از نور برای سفت کردن یک رزین مایع استفاده می‌کند.

 

واکنش فتوپلیمریزاسیون، با کمک نوعی ماده شیمیایی خاص موسوم به "تیول"(thiol) صورت می‌گیرد. تیول با افزودن یک اکسیدکننده، به گروه دیگری از مواد شیمیایی موسوم به "دی‌سولفیدها"(disulfides) تبدیل می‌شود. دی‌سولفید پس از شکستن، ترمیم می‌شود و توانایی خودترمیمی دارد. پیدا کردن نسبت درست میان این دو گروه، نکته مهم در کشف ویژگی‌های منحصربه‌فرد این مواد بود. وانگ گفت: هنگامی که اکسیدکننده را به تدریج افزایش دادیم، رفتار خودترمیمی بیشتر شد اما در مقابل، شاهد تضعیف رفتار فتوپلیمریزاسیون بودیم. در واقع، رقابتی میان این دو رفتار وجود داشت و نهایتاً توانستیم نسبتی که توانایی خودترمیمی و فتوپلیمریزاسیون نسبتاً سریع را فراهم می‌کند، پیدا کنیم.

 

 

پژوهشگران در پنج ثانیه توانستند یک مربع ۱۷.۵ میلی‌متری را چاپ و همه اشیا را به مدت ۲۰ دقیقه کامل کنند. این اشیا می‌توانند تنها در چند ساعت از عهده ترمیم خود برآیند. آنها در این پژوهش توانستند قابلیت مواد را برای ساخت محصولات گوناگون از جمله کفی کفش، ربات نرم، کامپوزیت چندمرحله‌ای و حسگر الکترونیکی نشان دهند. محصولات ساخته شده با این ماده توانستند پس از بریده شدن، تنها دو ساعت و در دمای ۶۰ درجه سلسیوس خود را به طور کامل ترمیم کنند و استحکام و عملکرد خود را بازیابند.

 

زمان ترمیم این محصولات، با افزایش دما قابل کاهش بود. "کونهاو یو"(Kunhao Yu)، دانشجوی مهندسی ساختاری دانشکده یو.اس‌.سی و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: ما نشان دادیم که این مواد می‌توانند در دمای متفاوت – بین ۴۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس- تقریباً به طور کامل خود را ترمیم کنند. ما می‌توانیم با عوض کردن دما، سرعت ترمیم را تغییر دهیم. این مواد حتی در دمای اتاق هم می‌توانند خود را ترمیم کنند.

 

این پژوهش در مجله "NPG Asia Materials" به چاپ رسید.