מחיאות כפיים עצמיים מייצגים התקדמות טרנספורמטיבית בהנדסה חומרים, המציעה את היכולת לתקן נזק פיזי אוטונומי כגון סדקים, punctures, או micro-tears. בניגוד למזכרים קונבנציונליים שמטמים irreversibly, חומרים חכמים אלה לשחזר את תפקודם ואת השלמות המכנית ללא התערבות ידנית.

מה זה Self-Healing Membranes?

מזכרות עצמיות הן חומרים שניתן להגדרה או מחסום המונדסים להתאושש מנזק באופן אוטומטי.הם מסתמכים על מנגנונים ריפוי מוטבעים שמפעילים כאשר המנברן נפגע. שתי האסטרטגיות העיקריות הן אקסטנסיות והן לא פולשניות של מערכות ריפוי עצמיות, לאחר שמערכות ריפוי נפרדות מאוחסנים במיקרו-capsules, סיבים חלושים או רשתות הרגעה שיכולה להחזיר את הזיהומים הגלויים של מערכות הפולינזילות.

הרעיון שואב השראה ממערכות ביולוגיות - שכמו כן, קרישת דם, וחתכוכים צמחיים - ו מותאם ל membranes סינתטי לטיפול במים, למכשירים אנרגיה, וציפוי מגן.האתגר הוא להשיג ריפוי מהיר, חוזר וחזק ללא להתפשר על המאפיינים המקוריים של membrane כמו נחיתות,סלקטיביות, או כוח מכני.

פיתוחים אחרונים בטכנולוגיית Membrane

מחקרים אחרונים התמקדו בשיפור יעילות הריפוי, מהירות ועמידות.חדשנות מפתח כוללת מערכות מבוססות מיקרו-capsule, פולימרים עצמיים-עצמיים, ושילוב של ננו-חומרים.

מערכות ריפוי מבוססות מיקרו-capsule

מערכות מבוססות מיקרוקוסול נותרו אחת הגישות המלומדות ביותר.קפסולות קטנות (בדרך כלל 1–100 מיקרומטר) המכילות סוכני ריפוי נוזליים - כגון מונומרים, זרזים או פותרים - מוטבעות בתוך ממטרת membraine (בקיצור של פצח) באופן מקומי (למשל, קידוד) של תרופות מוצקות (Frecereta) ו-Recaprecerepertating mepreme) יש צורך ב-Creme) כדי להשיג את הקפסולות אבטחה מהירות של תרופות מוצקות (למשל, כדי להשיג חומר ריפוי) ו-Cligicicicicicicicicicialicicicicicialicialicialicialicial) ו-Freme) של תרופות (למשל, כדי להשיג את ה-Frecareperreperreme) ו-Freperrelitenreme) ב-Freliatedicialicialicialicialicialicialicial Acifing direfoxreme) ב-Freperreperreperreperreperrecarecarelitenreperreperreperreme) לנטרל את הק

« « ⁇ self-Healing Polymers

(חומרים של שימור עצמי תוך כדי הסתמכות עצמית על אינטראקציות כימיות ניתוק - כגון קיפאון מימן, תיאום מתכת-גראפי, החלפת דיסלוף, או תגובות דילס אלדר - כדי לאפשר ריפוי חוזר ללא מחיקת סוכנים משובצים. פולימרים אלה יכולים לעבור מספר רב של מחזורי נזק-repair, יתרון גדול על מערכות מיקרו-capsule אחת-המוכרות הוא פיתוח של פולינרים (Fane) אשר לעתים קרובות עם קיצוץ חוזר של רשתות דינמיות (Fte) עם דינמית) עם דינמית של תרופות).

אינטגרציה ננוטכנולוגיה

(Nanomaterials) - כולל תחמוצת גרפן, צינורות פחמן, silica nanoparticles, וננולקוזה - משולבים כדי לשפר את מהירות הריפוי, כוח מכני, ונכסים פונקציונליים.לדוגמה, טבע תחמוצת גרף יכול לפעול כמו "סוכני pH ננו-healing" על ידי הסגת סדקים וחיזוק אותם באמצעות אינטראקציות ⁇ - ⁇ - ⁇ .

יישומים והטבות בתעשיות

היכולת של self-repair מרחיבה את החיים השימושיים של קרום בסביבות תובעניות. להלן הם אזורי יישום מרכזיים, כל אחד עם הטבות נפרדות.

מערכות טיהור מים

(התחננות הפוכה, ננומטציה, אולטרה-חדירה) היא קריטית לטיפול בפלינציה ושפכים.עם זאת, קרומבריונים סובלים מפגיעה, מדרגת, ונזק מכני המפחית את הביצועים ודורשים החלפת יקר (העברה עצמית) יכול לתקן מיקרו-tears הנגרמת על ידי תנודות לחץ או מחזורי ניקוי, שמירה על שיעורי דחייה ודוגמה מכנית של חומר זה, במיוחד מיקרו-ג'ר (FD) לאחר שרידציה דקה (FD) פשטהחומרה) עכבת נזק פיזיקלידוקסדלהלן:

תאי דלק וסוללות

פולימר אלקטרוליט membranes (PEMs) בתאי דלק הם נטייה להשפלה כימית ועייפות מכנית. self-healing PEMs יכול להאריך את חיי מחזור באופן משמעותי.חוקרים פיתחו פולי (אתר ether ketone) membranes עם אג"ח דינמי disulfide כי תיקון של שרשרת אנרגיה מושרה רדיקלית, באופן דומה, סוללות ליתמי, ריצוף עצמי הוכיחה 20 מחסנים קצרי תיבות של סוללות.

קידודים מוגנים לתשתית

(מברנס המשמש כציפוי מגן עבור גשרים, צינורות, ומבנים offshore נחשפים לחברה, קרינת UV ורכיבי אופניים טמפרטורה. ציפויים עצמיים המכילים microcapsules עם מעכבי קורוזיה או rescurable UV יכול באופן אוטומטי reseal שריטות, מניעת חלודה ודמנציה. לדוגמה, ציפוי דו-צדדי עם a-אט עצמי של שירות אווירימחדש של 120: 302 טמפרטורות מורחבות (0) ממושכות על ידי דלקת תחתית (0) ב טמפרטורות מורחבות).

חיישן סביבתי

חיישנים מבוססי מנברן לגילוי גז, ניטור pH, או מעקב מזוהיר לעתים קרובות לפעול בתנאים קשים.נזק לממברנה יכול לגרום לסחף אות או כישלון. self-healing membranes להבטיח ארוכות ואמינות ברשתות ניטור סביבתיות מרחוק. אבטיפוס לאחרונה השתמש במזכר אלקטרוליטי עצמי עבור חיישן פחמן דו-חמצני כי נשמר דיוק חוזר לאחר לחץ מכני (FLTs: 1.

יתרונות מרכזיים של self-Healing Membranes

היתרונות העיקריים של יישום טכנולוגיות של השמה עצמית כוללים:

  • (FLT:0) ,Extended Lifespan:FLT:1 תיקון אוטומטי של נזק קטן מונע כשלון מתקדם, הכפלה או חיי השירות במבחנים שדהיים.
  • עלויות תחזוקה:0 (FLT:1, פחות פיקוח ידני והחלפת הוצאות תפעוליות נמוכות יותר, במיוחד במקומות בלתי נגישים (למשל, מתקני תת-קרקעי או גבוהה).
  • (FLT:0) בטיחות מובטחת: FLT:1healing membranes למנוע דליפות של חומרים מסוכנים במערכות כימיות או אנרגיה, צמצום הסיכון לשריפות, מהדורות רעילות או פיצוצים.
  • (ב) ,0) שיפור קיימות: FLT:1, 000 ארוך-lasting membranes להפחית פסולת חומרית צריכת אנרגיה הקשורה בייצור וסילוק.
  • (ב) ,0) אמינות מופרזת: מערכות 1FLT יכולות להמשיך לפעול גם לאחר נזק, הימנעות מהפסקת השבתה בלתי מזויפת.

אתגרים והגבלות נוכחיות

למרות ההתקדמות המבטיחה, יש להתגבר על כמה מכשולים לאימוץ מסחרי נרחב:

  • יעילות ההשתלה לעומת ביצועים מקוריים: ההרחבה 1:1 (הוספת סוכנים ריפוי או אג"ח דינמי יכול להתפשר על יכולת,סלקטיביות, או כוח מכני. Balancing תכונות אלה נשאר מוקד מחקר מפתח.
  • (FLT:0) ריפוי רפלקטיבי: למערכות מיקרו-capsule 1 של מיקרו-capsule הן בדרך כלל שימוש יחיד; מערכות אינטרינריות יכולות לרפא מספר פעמים, אך עשויות להציג שטף או להפחית את יעילות הריפוי לאחר מחזורים חוזרים.
  • (FLT:0)איכותיות ועלויות:FLT:1Buildnes רבים self-healing membranes מיוצרים באמצעות שיטות בקנה מידה מעבדה (למשל, אלקטרוסמנטינג, שכבת-על-ידי שכבות) ייצור גדול, ללא פגם עלות נמוכה הוא מאתגר.
  • (FLT:0) תנאי הפעלה: 1FLT כמה מנגנוני ריפוי דורשים גורמים ספציפיים (חום, אור UV, שינוי pH) אשר לא ניתן להציג בסביבות הפעלה.
  • (היציבות לטווח ארוך: 0) ,001:1 סוכני ריפוי יונקים עלולים להידרדר לאורך זמן או להחרים, במיוחד ביישומים אקספוזיים או עתירי זמן גבוהים.

פרספקטיבה עתידית

מחקרים מתקדמים נועדו ליצור יותר תגובה, בת קיימא, ועלות עצמית יעילה, הפחתת משקל עצמי.כיוונים מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) תגובות אינטימיות: ⁇ FLT:1 , Membranes מרפא תחת מספר גורמים (למשל, pH + טמפרטורה) לגמישות רבה יותר בתנאים בעולם האמיתי.
  • חומרים חכמים עם לולאות משוב: אינטגרציה של חיישנים לזהות נזק וגורמים לריפוי רק כאשר יש צורך, שמירה על סוכני ריפוי.
  • (ב) עיצובים פולשים:0 (בלטינית:0) ,(ב) ,(הדגשה על רקמות חיים עם רשתות vascular המספקות סוכני ריפוי באופן קבוע, אנלוגי ל קרישת דם.
  • מקור:0 (Siltinable sourcing): שימוש בפולימרים המבוססים על ביו-אט וסוכני ריפוי מתחדשים (למשל, שמנים טבעיים, שיוטוסאן) כדי להפחית את טביעת הרגל הסביבתית.
  • (FLT:0) למידה של מחשבת עיצוב חומרי: FLT:1 מודלים Computational לחזות ההרכב האופטימלי ואנטינטיקה ריפוי, עלייה בפיתוח.

בעוד טכנולוגיות אלה בוגרות, תשואות עצמיות צפויות להיות סטנדרטיות בתשתיות קריטיות, טיפול במים, אנרגיה נקייה, ניטור סביבתי.השינוי מחומרים פסיביים ועד פעילים מבטיח להפוך מערכות ליותר גמישות ובר קיימא, צמצום עלויות הכלכליות והאקולוגיות של כשל, בעוד אתגרים נשארים, קצב החדשנות מרמז כי גירוי עצמי עומד למלא תפקיד גובר והולך במגוון רחב של החיים התפעוליים על פני מגזרים מרובים.