משטחים המתקנים את עצמם

חלומם של מהנדסים לגביי משטחים המסוגלים לתקן את עצמם התקדם שלב נוסף לעבר המציאות – חוקרים יצרו שכבת ציפוי מתכתית המכילה כמוסות ננומטריות זעירות. באם השכבה ניזוקה, הכמוסות משחררות החוצה נוזל המתקן את השריטה

חלומם של מהנדסים לגביי משטחים המסוגלים לתקן את עצמם התקדם שלב נוסף לעבר המציאות – חוקרים יצרו שכבת ציפוי מתכתית המכילה כמוסות ננומטריות זעירות. באם השכבה ניזוקה, הכמוסות משחררות החוצה נוזל המתקן את השריטה.

העור האנושי מהווה דוגמא להתנהגות מרתקת – שריטות קטנות וחתכים מתרפאים במהירות מבלי להשאיר צלקות או סימנים אחרים לאחר מספר ימים אחדים בלבד. הדברים שונים לחלוטין בכל האמור לגביי חומרים, כגון מתכות – אם שכבת הציפוי שנועדה להגן על המתכות בפני שיתוך נשרטת, אזי ההגנה בפני חלודה אובדת. מהנדסים פועלים לשם חיקוי והעברת יכולת התיקון העצמי הזה מהעור לתחום החומרים. הרעיון הבסיסי בשטח מחקר זה הינו להכניס כמוסות מכילות נוזל הפזורות באופן שווה ואחיד לשכבת הציפוי – בדומה לצימוקים בתוככי עוגה. באם השכבה ניזוקה, הכמוסות בנקודות הפגיעה מתפקעות ואזי משתחרר נוזל “המתקן” את השריטה.

עד היום רעיונות אלו נכשלו בשל גודל הכמוסות – בגודל של עשרה עד חמישה עשר מיקרומטרים הן היו גדולות מדי עבור שכבת הציפוי, שגודלה כעשרים מיקרומטרים. כתוצאה מכך, הכמוסות שינו את התכונות המכאניות של השכבה.

חוקרים ממכון Fraunhofer לייצור, הנדסה ומיכון בשטוטגארט, גרמניה, יחד עם עמיתיהם מאוניברסיטת Duisburg-Essen פיתחו תהליך להכנת שכבות ציפוי המכילות ננו-כמוסות. כמוסות אלו הינן בקנה-מידה השונה לחלוטין מאלו שהוכנו בעבר – מאות ננומטרים בלבד. “האתגר טמון בצורך שהכמוסות לא תינזקנה בעת יצירת שכבת הציפוי,” אומר ד”ר Martin Metzner, אחד מהחוקרים. “ככל שהכמוסות קטנות יותר כך המעטפת שלהן דקיקה ורגישה יותר. האלקטרוליטים (חומרים שהופכים למוליכי-חשמל לאחר שהופרדו ליונים בתמיסה) המשמשים בתהליכי ציפוי אלו פעילים ביותר מבחינה כימית ועלולים להרוס בקלות את הכמוסות”. על-כן, החוקרים נדרשו למצוא חומר מתאים למעטפת הכמוסה כתלות באלקטרוליטים שבשימוש.

מסבים מכאניים הינם אחת הדוגמאות ליישומים אפשריים – החומרים מהם עשויים המסבים לרוב מצופים בשכבת הגנה מתכתית שלתוכה ניתן להחדיר את הכמוסות. באם נוצר מחסור זמני בחומרי-סיכה, חלק מציפוי המסב אובד, הכמוסות הנמצאות בקצה השכבה מתפקעות ומשחררות חומר-סיכה נוסף. כך שהמסב אינו ניזוק אם הוא מאבד חלק מהציפוי שלו רק באופן זמני.

החוקרים הצליחו להכין את הציפויים הראשונים מסוג זה המכילים את הכמוסות החדישות עבור נחושת, ניקל ואבץ, למרות שהכיסוי השכבתי מוגבל לרמת הסנטימטר בלבד. מומחים בתחום מעריכים כי יחלפו כשנתיים עד אשר ניתן יהיה לצפות את כל שטח הרכיב. הצוות עובד גם על רעיון של מערכות מורכבות יותר – בהן קיימות כמוסות המכילות נוזלים שונים המגיבים אחד עם השני ליצירת חומר פעיל כימית (דבקים מסוג אפוקסי, כדוגמא אחת).

הידיעה ממכון המחקר