Учёные создали залечивающийся на свету материал

Состав, способный самостоятельно зарашивать трещины в своей толще под воздействием ультрафиолетового излучения, разработали химики из Швейцарии и США.

Существует два типа самозалечивающихся материалов, информирует Science. Первые образованы цепями органических молекул, сцепленных друг с другом прочными ковалентными связями. Другие используют супрамолекулярные ансамбли, в них составляющие куски соединены между собой слабее.

Nature полагает, что в будущем новинка позволит не слишком беспокоиться о треснувшем дисплее мобильника: посветил на него — и деталь как новая (фото Gina Fiore for Adolphe Merkle Institute/Case Western Reserve University/US Army Research Laboratory).

Материалы с ковалентными связями имеют большую прочность, но при этом в них необходимо внедрять микровключения мономеров, которые скрепляют разрывы, когда это становится нужно. Из-за этого ресурс таких материалов ограничен, со временем полимер теряет способность самозалечиваться.

Второй класс веществ легче разрывает и восстанавливает связи, что несомненно сказывается на долговечности материала, но при этом они держат меньшую нагрузку.

Кристоф Уэдер (Christoph Weder) из университета Фрибурга и его коллеги решили использовать полимеры на основе металлосупрамолекулярных ансамблей. Полимерные цепи в данном материале формируются из органических молекул небольшого размера, скреплённых между собой ионами металлов (в данном случае цинка и лантана).

Полученный материал почти столь же прочный, как и его аналоги с ковалентными связями, и при этом он ещё и может самостоятельно заращивать повреждения.

Химики специально подобрали такие металлы, которые хорошо поглощают ультрафиолетовое излучение. В результате, когда учёные освещают повреждённую поверхность материала мощным световым пучком, ионы металлов преобразуют эту энергию в тепло. Разрушенные элементы полимерных цепей начинают двигаться и восстанавливать свои связи – по мере остывания разрыв залечивается.

Демонстрирующий этот процесс видеоролик можно посмотреть здесь.

Таким образом химики за 30 секунд убрали с поверхности 400-микрометровой пластинки из полимера царапины глубиной 200 и 300 микрометров. Стоит отметить, что обычные солнечные лучи залечить такое повреждение не в состоянии — в ход пошёл одноваттный лазер.

Материалы с высоким содержанием металлов залечиваются хуже, отмечают химики. Вверху показано образование полимеров, внизу – залечивание трещины. Слева вещество в твёрдом состоянии, короткие молекулы собраны в длинные цепи; cправа – в жидком, УФ-лучи «разбивают» цепи на фрагменты (иллюстрации Gina Fiore for Adolphe Merkle Institute/Case Western Reserve University/US Army Research Laboratory, Zina Deretsky/NSF).

В ходе дальнейших тестов выяснилось, что свойства материала не деградируют: царапины в одном и том же месте повторно залечивались с тем же успехом. (Статья, описывающая все особенности полимера, вышла в журнале Nature.)