Los
Angelos, CA – แทนที่จะทิ้งรองเท้าบู๊ตที่เสียและของเล่นที่พัง
ทำไมถึงไม่ให้มันซ่อมแซมตัวเอง? นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย Viterbi
School of Engineering ได้พัฒนาวัสดุยางพาราที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ซึ่งมีความสามารถซ่อมแซมตัวเองได้
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Qiming Wang ทำงานในด้านที่เกี่ยวกับวัสดุพิมพ์ 3 มิติ ที่สร้างฟังก์ชั่นการทำงานใหม่เพื่อวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย
ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นไปถึงอุปกรณ์ควบคุมเสียง
โดยในขณะนี้ จากการทำงานร่วมกับนักศึกษาที่ Viterbi คือ Kunhao
Yu, An Xin และ Haixu Du
และผู้ช่วยศาสตราจารย์ Ying Li จาก University of
Connecticut พวกเขาได้สร้างวัสดุใหม่ที่สามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วและสามารถซ่อมแซมตัวเองได้หากเกิดการแตกหรือเป็นรู
วัสดุนี้อาจเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น รองเท้า ยางล้อ
หุ่นยนต์แบบอ่อน และกระทั่งอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะลดเวลาการผลิตในขณะที่เพิ่มความทนทานและอายุของผลิตภัณฑ์
วัสดุจะถูกผลิตด้วยวิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติ โดยการใช้พอลิเมอร์ไวต่อแสง
(photopolymerization) กระบวนการนี้จะใช้แสงเพื่อทำให้เรซิ่นเหลวแข็งตัวในรูปแบบหรือรูปร่างที่ต้องการ
พวกเขาต้องเจาะลึกลงไปในทางเคมีเบื้องหลังวัสดุนั้นเพื่อที่จะให้มันสามารถรักษาตัวเองได้
โดยกระบวนการใช้พอลิเมอร์ไวต่อแสงจะทำได้ผ่านปฏิกิริยาที่มีกลุ่มทางเคมีที่เจาะจงที่เรียกว่า
thiols ซึ่งโดยการเติมตัวออกซิไดซ์ลงไปในสมการ thiols จะเปลี่ยนไปเป็นอีกกลุ่มที่เรียกว่า disulfides
โดยกลุ่ม disulfides นี้เองที่สามารถแก้ไขได้เมื่อเกิดการแตกหัก
นำไปสู่ความสามารถในการรักษาตัวเอง การค้นหาอัตราส่วนที่ถูกต้องระหว่าง 2 กลุ่มนี้เป็นกุญแจปลดล็อคคุณสมบัติที่เฉพาะตัวของวัสดุ “เมื่อพวกเราค่อยๆ
เพิ่มสาร oxidant พฤติกรรมการรักษาตัวเองก็มีมากขึ้น
แต่พฤติกรรม photo-polymerization กลับอ่อนลง” นาย Wang อธิบาย “มีการแข่งขันกันเองระหว่าง 2 พฤติกรรมนี้
และท้ายที่สุด
พวกเราพบอัตราส่วนที่สามารถทำให้เกิดการรักษาตัวเองในระดับสูงและกระบวนการ photopolymerization ที่ค่อนข้างเร็ว” ในเพียง 5 วินาที
พวกเขาสามารถพิมพ์รูปสี่เหลี่ยมขนาด 17.5 มิลลิเมตร และทำวัตถุทั้งชิ้นในเวลาประมาณ
20 นาที ซึ่งสามารถซ่อมแซมตัวเองได้ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง
ในการศึกษาของพวกเขา ซึ่งตีพิมพ์ใน NPG Asia Materials
พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความสามารถของวัสดุของพวกเขาในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ประกอบด้วย
แผ่นรองเท้า หุ่นยนต์แบบอ่อน multiphase composite
และเซนเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ โดยหลังจากที่ถูกตัดออกเป็น 2 ส่วน
ในเวลาเพียง 2 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 60 องศสเซลเซียส
(4
ชั่วโมงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากคาร์บอนที่ใช้ในการส่งต่อกระแสไฟฟ้า)
พวกมันสามารถรักษาตัวเองได้อย่างสมบูรณ์ กลับมามีความแข็งแรงและฟังก์ชั่นเหมือนเดิม
ซึ่งเวลาที่ใช้ในการซ่อมแซมอาจลดลงได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิ
“พวกเราได้แสดงให้เห็นจริง ๆ ว่า ภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ 40 องศาเซลเซียส ถึง 60 องศาเซลเซียส
วัสดุสามารถรักษาตัวเองได้เกือบร้อยละ 100” นาย Yu กล่าว ซึ่งนาย Yu เป็นผู้เขียนบทความที่มีชื่อเป็นลำดับแรกของการศึกษาดังกล่าว
และกำลังศึกษาเพื่อทำการพัฒนาวัสดุต่าง ๆ ที่มีระดับความแข็งที่หลากหลายตั้งแต่ยางพาราที่อ่อนนุ่มไปถึงพลาสติกที่มีความแข็งซึ่งสามารถเยียวยาตัวเองได้
วัสดุเหล่านี้อาจถูกใช้สำหรับเป็นชิ้นส่วนรถยนต์ วัสดุคอมโพสิต
หรือกระทั่งชุดเกราะ การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ และได้รับทุนจากสำนักงานการวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งกองทัพอากาศ
โปรแกรมนักสำรวจรุ่นใหม่ (FA9550-18-1-0192)
และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (CMMI-1762567)
ที่มา http://www.rubberworld.com/news.asp?id=27749