סיקור מקיף

החומר המרפא את עצמו

מהנדסי האוירונאוטיקה באוניברסיטת בריסטול פתחו במחקר יחודי. מטרתם היתה ליצור חומר המסוגל 'לרפא את עצמו' ולתקן כל סדק זעיר ברגע יצירתו

מכלית טובעת כתוצאה מסדק. מתוך ויקיפדיה
מכלית טובעת כתוצאה מסדק. מתוך ויקיפדיה

בתחילת המאה ה- 20 הבינו המהנדסים בעולם המערבי כי ההבנה שלהם של החומר לקויה קשות. מהנדסים בדרך-כלל לא מודים בחוסר-ידע שכזה, אלא שמצב יוצא-דופן כפה עליהם את ההבנה הזו. מטוסים ואוניות שנבנו מלוחות פלדה חסונים כשלו ונשברו תחת עומסים הקטנים לעיתים פי אלף מהעומסים שהיו אמורים לשבור אותם.

אלן ארנולד גריפית', מהנדס בריטי, בחן את הנושא לעומק והציע תיאוריה חדשה שתסביר את היחלשות החומר. גריפית' הבין כי כל חומר מלא בסדקים זעירים, שאורכם אינו עולה על מליונית המטר. כאשר מופעל כוח על החומר, הסדקים יכולים לגדול להתפשט במהירות ולהביא לשבירה של החומר. הבנה זו הביאה לתכנון מחדש של כלי שיט ותעופה ולפיתוח טכניקות שונות ליצור חומרים בעלי סדקים מעטים ככל האפשר.

לרוע המזל, אפילו בחומר נטול סדקים יכולים להתפתח סדקים זעירים לאורך הזמן. כנף מטוס נתונה רוב הזמן תחת לחצים גדולים ואפילו גרגרי אבק הפוגעים בה עלולים להביא ליצירת סדקים מיקרו-מטריים. סדקים אלו אינם נראים ואינם מורגשים, אך הם מורידים את יכולתה של הכנף לעמוד בפני לחצים ועלולים להביא לאסון במידה ולא יטופלו.

סיבי זכוכית חלולים מקובעים בפלסטיק עשויים להיות המפתח לטיסה בטוחה יותר.
סיבי זכוכית חלולים מקובעים בפלסטיק עשויים להיות המפתח לטיסה בטוחה יותר.
כדי לטפל בבעיה זו פתחו מהנדסי האוירונאוטיקה באוניברסיטת בריסטול במחקר יחודי, במימון המועצה לחקר מדעי ההנדסה והפיזיקה. מטרתם היתה ליצור חומר המסוגל 'לרפא את עצמו' ולתקן כל סדק זעיר ברגע יצירתו.

המהנדסים פיתחו חומר מרוכב פולימרי המשוריין בסיבי פחמן. בנוסף לסיבי הפחמן קיימים בחומר גם סיבי זכוכית חלולים המלאים בדבק אפוקסי, וסיבי זכוכית אחרים המלאים בקטליזטור המקשה את הדבק. כאשר נוצר סדק, סיבי הזכוכית נשברים באותו איזור והאפוקסי והקטליזטור 'מדממים' אל תוך הסדק ומתקשים.

החומר החדש מסוגל להחליף חומרים מרוכבים אחרים רבים הקיימים במטוסים, במכוניות, בטורבינות רוח ואפילו במעבורות חלל. בזכות טכניקת האיחוי העצמי החומר מסוגל לשמור על 80-90% מחוזקו המקורי. על מנת לזהות את רמת התיקונים שעבר החומר ניתן גם להוסיף צבע אולטרא-סגול לאפוקסי. בדרך זו יכולים המהנדסים לאבחן את רמת התיקונים הפנימיים שהחומר כבר עבר.

פולימר מחוסם בסיבים תחת אור UV, לאחר יצירת סדקים מכוונים המראים כיצד ה'גורם המרפא' מדמם לתוך הסדקים.
פולימר מחוסם בסיבים תחת אור UV, לאחר יצירת סדקים מכוונים המראים כיצד ה'גורם המרפא' מדמם לתוך הסדקים.
"גישה זו יכולה לטפל בנזק קטן-מידה שאינו נראה לעין הבלתי-מזויינת, אך עלול להביא לכשלים חמורים בשלמות המבנית במידה והוא אינו מובחן," אומר דוקטור איאן בונד, ראש הפרוייקט. "היא מיועדת להשלים, אך לא להחליף, תחזוקה רגילה ובדיקות שגרתיות היכולות לאתר בקלות נזק גדול יותר, כמו זה המתרחש עקב פגיעת ציפור, לדוגמא."

חומרים מרוכבים מתגאים כבר היום מרמת בטיחות גבוהה, אך החוקרים מקווים שבזכות שיפור הבטיחות יגבר השימוש בחומרים אלו בענף האווירונאוטיקה. מטוסים המכילים יותר חומרים מרוכבים יהיו קלים במידה משמעותית מהדגמים הקיימים כיום, המבוססים בעיקר על אלומיניום. אפילו ירידה קטנה במשקל תביא לחסכון משמעותי בצריכת הדלק לאורך חיי המטוס.

טכניקת האיחוי-העצמי של החומר תתאפשר לשימוש תעשייתי תוך ארבע שנים בערך, אך החוקרים אינם נחים על שמריהם.

"הפרוייקט הזה הוא רק הצעד הראשון," אומר איאן בונד. "אנחנו מפתחים גם מערכות בהן הגורם המרפא אינו לכוד בסיבי זכוכית בודדים אלא נע מסביב כחלק ממערכת צינוריות בתוך החומר, בדיוק כמו מחזור הדם הקיים בחיות… במערכת כזו נוכל למלא מחדש או להחליף את הגורם המרפא ונוכל לרפא שוב-ושוב את המבנה לכל אורך חייו. מעבר לכך, יש כאן פוטנציאל לפיתוח מבנים המחקים פונקציות ביולוגיות, כגון שליטה על הטמפרטורה או חלוקה של מקורות אנרגיה."
לידיעה באתר אוניברסיטת בריסטול

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

2 תגובות

  1. מה עם שיטות שמשתמשות בתכונות של אטומים?
    לדוגמא יכולים ליצור חומר שהוא מורכב ממולקולות קוטביות, ומוצק או חומר שיוכלו לחזק בעזרת שדה חשמלי.
    אפשר גם להשתמש בחומרים שמורכבים ממולקולות שמחוברות בקשרי מימן.

    הכי חשוב לזכור שחומר שהוא לא סריג, הוא שווה ערך לאבקה.

  2. בהחלט יכול להביא לשינוי במדעי החומרים ולהקפיץ במדרגה נוספת את יכולותייהם של החומרים המרוכבי שהתפתחו המון בעשורים האחרונים.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן