مادة بوليمرية ذاتية الشفاء

المادة، المعروفة باسم "البوليمرات المعدنية فوق الجزيئية"، قادرة على أن تصبح سائلاً مرنًا يملأ الشقوق والفجوات الناتجة عن الخدوش أو التآكل ثم تتحول مرة أخرى إلى مادة صلبة خلال دقيقة بعد تعرضها للأشعة فوق البنفسجية

قام فريق من الباحثين من الولايات المتحدة الأمريكية وسويسرا بتطوير مادة تعتمد على البوليمر قادرة على إصلاح نفسها عند تعرضها للضوء. المادة، المعروفة باسم "البوليمرات المعدنية فوق الجزيئية"، قادرة على أن تصبح سائلًا مرنًا يملأ الشقوق والفجوات الناتجة عن الخدوش أو التآكل ثم تتحول مرة أخرى إلى مادة صلبة خلال دقيقة بعد تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.

وقال أندرو لوفنجر، العالم في قسم المواد في مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية: "هذا بحث ثوري ومبتكر في مجال المواد". "إنه يوضح قوة قدرة المواد البوليمرية المبتكرة على معالجة القضايا التكنولوجية بنجاح والمساهمة في المجتمع مع تطوير مجموعة متنوعة من الأفكار العلمية القابلة للتطبيق."

ويتصور الباحثون استخدامات واسعة النطاق لمواد الإصلاح المطورة، حتى في المستقبل القريب، بشكل أساسي كطلاء للمنتجات الاستهلاكية مثل السيارات والأرضيات والأثاث. وعلى الرغم من أن البوليمرات الخاصة بهم ليست جاهزة بعد للاستخدام التجاري، فقد أثبتوا أن هذا المفهوم فعال بالفعل.

تم إنشاء المواد الجديدة باستخدام آلية معروفة تُعرف باسم "التجميع فوق الجزيئي". وعلى عكس البوليمرات العادية، التي تتكون من جزيئات طويلة تشبه السلسلة تحتوي على آلاف الذرات، تتكون المادة المبتكرة من جزيئات صغيرة تبني سلاسل أطول تشبه البوليمر، باستخدام أيونات معدنية "كغراء جزيئي" لتحضير البوليمرات المبتكرة.

على الرغم من أن هذه البوليمرات تتصرف بشكل مشابه للبوليمرات العادية، إلا أنه عندما يتم تشعيعها بواسطة ضوء فوق بنفسجي قوي، تصبح الهياكل المعقدة منفصلة مؤقتًا. تعمل هذه القدرة على تحويل المادة التي كانت صلبة في الأصل إلى سائل قادر على التدفق بسهولة. عندما يتم إيقاف إشعاع الضوء، يتم إعادة بناء المادة وتتصلب مرة أخرى؛ يتم استعادة معالمه الأصلية.

وباستخدام نفس المصابيح التي يستخدمها أطباء الأسنان لملء الثقوب في الأسنان، تمكن الباحثون من إصلاح الخدوش في البوليمرات الخاصة بهم. وفي تلك الأماكن التي أضاء عليها المصباح، امتلأت الخدوش بالمادة واختفت، وكأنها قطع في جلد الآيس كريم دون أن تترك أي علامات على الجلد، وذلك في ثوانٍ معدودة فقط. وأظهرت الاختبارات التي أجراها الباحثون أن المادة لا تفقد قدرتها بعد الإصلاحات المتكررة - وأظهرت أنه يمكن إصلاح الخدش بالمادة الموجودة في نفس المكان مرارا وتكرارا.

علاوة على ذلك، على الرغم من أنه كان معروفًا منذ فترة طويلة أنه حتى الحرارة يمكن أن تكون وسيلة للإصلاح الذاتي للمواد، فإن استخدام الضوء يوفر مزايا ملحوظة، كما يوضح أحد الباحثين. "من خلال استخدام الضوء، لدينا مستوى أعلى من التحكم حيث أننا قادرون على ضبط الخلل فقط وترك بقية المواد سليمة."

قام الباحثون باختبار العديد من البوليمرات الجديدة بشكل منهجي من أجل العثور على أفضل مزيج من الخواص الميكانيكية وقابلية الإصلاح. ووجدوا أن الأيونات المعدنية التي تبدأ عملية التجميع من خلال روابط كيميائية ضعيفة تعمل بشكل أفضل كغراء جزيئي ذو علامات ضوئية. ونشرت نتائج البحث في مجلة الطبيعة العلمية المرموقة.

أخبار الدراسة

فيديو تجريبي