חומר פולימרי המתקן את עצמו

החומר, המכונה “פולימרים מטאלו-סופראמולקולאריים”, מסוגל להפוך לנוזל גמיש הממלא סדקים ופערים שנוצרו בעקבות שריטות או שחיקה ואז הופך מחדש למוצק תוך דקה לאחר חשיפתו לאור על-סגול

צוות חוקרים מארה”ב ומשוויץ פיתח חומר מבוסס-פולימרים המסוגל לתקן את עצמו בחשיפה לאור. החומר, המכונה “פולימרים מטאלו-סופראמולקולאריים”, מסוגל להפוך לנוזל גמיש הממלא סדקים ופערים שנוצרו בעקבות שריטות או שחיקה ואז הופך מחדש למוצק תוך דקה לאחר חשיפתו לאור על-סגול.

“זהו מחקר חומרים מהפכני וגאוני,” אמר Andrew Lovinger, מדען במחלקה לחומרים בקרן המדע הלאומי בארה”ב. “הוא מדגים את עוצמת יכולתם של חומרים פולימריים חדשניים לטפל בהצלחה בסוגיות טכנולוגיות ולתרום לחברה תוך כדי פיתוחם של מגוון רעיונות מדעיים ישימים.”

החוקרים מדמים בעיני רוחם שימושים נרחבים בחומרי-התיקון שפותחו, אפילו בעתיד הקרוב, בעיקר בתור ציפויים למוצרי צריכה כגון מכוניות, מרצפות ורהיטים. למרות שהפולימרים שלהם עדיין לא מוכנים לשימוש מסחרי, הם הוכיחו כי הרעיון הזה אכן פועל כהלכה.

החומרים החדשים נוצרו באמצעות מנגנון ידוע המכונה בשם “הרכבה סופרא-מולקולארית”. בניגוד לפולימרים רגילים, המורכבים ממולקולות ארוכות, דמויות שרשרת בעלות אלפי אטומים, החומר החדשני מורכב ממולקולות קטנות הבונות שרשראות ארוכות יותר, דמויות פולימרים, תוך שימוש ביוני מתכת כ”דבק מולקולארי” להכנת הפולימרים החדשניים.

למרות שפולימרים אלו מתנהגים בדומה לפולימרים רגילים, כאשר הם מוקרנים ע”י אור על-סגול עוצמתי המבנים המורכבים הופכים באופן זמני לנפרדים. יכולת זו הופכת את החומר שהיה מוצק במקור לנוזל המסוגל לזרום בקלות. כאשר מכבים את הקרנת האור, החומר נבנה מחדש ומתמצק שוב; התכונות המקוריות שלו משוחזרות.

באמצעות שימוש באותן המנורות שבהן משתמשים רופאי שיניים על-מנת לסתום חורים בשיניים, החוקרים הצליחו לתקן שריטות בפולימרים שלהם. באותם המקומות שהמנורה הקרינה עליהם, השריטות התמלאו בחומר ונעלמו, בדומה לחתך בעור המגליד ללא השארת כל סימן על העור, וזה תוך שניות מעטות בלבד. בדיקות של החוקרים הראו כי החומר אינו מאבד מיכולתו לאחר תיקונים חוזרים ונשנים – הם הראו כי השריטה ניתנת לתיקון בחומר באותו המקום שוב ושוב.

יתרה מכך, למרות שידוע מזה זמן רב כי גם חום מסוגל להיות האמצעי לתיקונם העצמי של חומרים, השימוש באור מספק יתרונות בולטים, מסביר אחד מהחוקרים. “באמצעות השימוש באור יש בידנו רמת שליטה גבוהה יותר מאחר ואנו מסוגלים להתכוונן רק לעבר הפגם ולהשאיר את יתרת החומר ללא פגע.”

החוקרים בדקו באופן שיטתי מספר פולימרים חדשים על-מנת למצוא את השילוב המיטבי של תכונות מכאניות ויכולת תיקון. הם מצאו כי יוני מתכת היוזמים את תהליך ההרכבה באמצעות קשרים כימיים חלשים הם המתפקדים באופן הטוב ביותר כדבק מולקולארי ממותג אור. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי היוקרתי Nature.

הידיעה על המחקר

סרטון הדגמה