stringtranslate.com

Самовосстанавливающийся материал

Анимация 1. 3D-измерение самовосстанавливающегося материала от Tosoh Corporation, полученное с помощью цифровой голографической микроскопии. Поверхность поцарапана металлическим инструментом.
Анимация 2. Участок самовосстанавливающегося материала, восстанавливающегося после царапины

Самовосстанавливающиеся материалы — это искусственные или синтетически созданные вещества , которые обладают встроенной способностью автоматически восстанавливать повреждения без какой-либо внешней диагностики проблемы или вмешательства человека. Как правило, материалы со временем деградируют из-за усталости , условий окружающей среды или повреждений, полученных во время эксплуатации. Было показано, что трещины и другие типы повреждений на микроскопическом уровне изменяют тепловые , электрические и акустические свойства материалов, а распространение трещин может привести к окончательному отказу материала. В целом, трещины трудно обнаружить на ранней стадии, и для периодических осмотров и ремонта требуется ручное вмешательство. Напротив, самовосстанавливающиеся материалы противостоят деградации посредством инициирования механизма восстановления, который реагирует на микроповреждения. [1] : 1–2  Некоторые самовосстанавливающиеся материалы классифицируются как интеллектуальные структуры и могут адаптироваться к различным условиям окружающей среды в соответствии с их сенсорными и исполнительными свойствами. [1] : 145 

Хотя наиболее распространенными типами самовосстанавливающихся материалов являются полимеры или эластомеры , самовосстановление охватывает все классы материалов, включая металлы , керамику и цементные материалы . Механизмы заживления варьируются от внутреннего восстановления материала до добавления ремонтного агента, содержащегося в микроскопическом сосуде. Для того чтобы материал был строго определен как автономно самовосстанавливающийся, необходимо, чтобы процесс заживления происходил без вмешательства человека. Однако самовосстанавливающиеся полимеры могут активироваться в ответ на внешний стимул (свет, изменение температуры и т. д.), чтобы инициировать процессы заживления.

Материал, который может по своей сути исправлять повреждения, вызванные нормальным использованием, может предотвратить расходы, вызванные отказом материала, и снизить затраты на ряд различных промышленных процессов за счет более длительного срока службы детали и снижения неэффективности, вызванной деградацией с течением времени. [2]

История

Древние римляне использовали форму известкового раствора , которая, как было обнаружено, обладает свойствами самовосстановления. [3] К 2014 году геолог Мари Джексон и ее коллеги воссоздали тип раствора, который использовался на рынке Траяна и других римских сооружениях, таких как Пантеон и Колизей , и изучили его реакцию на растрескивание. [4] Римляне смешивали определенный тип вулканического пепла , называемый Pozzolane Rosse, из вулкана Альбан-Хиллз , с негашеной известью и водой . Они использовали его для связывания дециметровых кусков туфа , агрегата вулканической породы. [3] В результате пуццолановой активности по мере затвердевания материала известь взаимодействовала с другими химическими веществами в смеси и заменялась кристаллами минерала алюмосиликата кальция, называемого стратлингитом. Кристаллы пластинчатого стратлингита растут в цементной матрице материала, включая интерфейсные зоны, где трещины имели тенденцию развиваться. Это непрерывное образование кристаллов удерживает вместе раствор и крупный заполнитель, препятствуя образованию трещин и в результате чего получается материал, который прослужит 1900 лет. [5] [6]

Материаловедение

Связанные с этим процессы в бетоне изучаются микроскопически с XIX века.

Самовосстанавливающиеся материалы появились как широко признанная область исследований только в 21 веке. Первая международная конференция по самовосстанавливающимся материалам состоялась в 2007 году. [7] Область самовосстанавливающихся материалов связана с биомиметическими материалами, а также с другими новыми материалами и поверхностями со встроенной способностью к самоорганизации, такими как самосмазывающиеся и самоочищающиеся материалы. [8]

Биомиметика

Растения и животные обладают способностью запечатывать и залечивать раны. Во всех исследованных растениях и животных можно выделить, во-первых, фазу самозапечатывания, а во-вторых, фазу самовосстановления. У растений быстрое самозапечатывание предотвращает высыхание растений и заражение патогенными микробами. Это дает время для последующего самозаживления раны, что в дополнение к закрытию раны также приводит к (частичному) восстановлению механических свойств органа растения. На основе различных процессов самозапечатывания и самовосстановления в растениях различные функциональные принципы были перенесены в биоинспирированные самовосстанавливающиеся материалы. [9] [10] [11] Связующим звеном между биологической моделью и техническим приложением является абстракция, описывающая базовый функциональный принцип биологической модели, которая может быть, например, аналитической моделью [12] или числовой моделью. В случаях, когда задействованы в основном физико-химические процессы, перенос особенно многообещающ. В научной литературе [13] имеются данные об использовании этих биомиметических подходов к проектированию при разработке самовосстанавливающихся систем для полимерных композитов. [14] Структура DIW [ необходимо разъяснение ] выше может быть использована для имитации структуры кожи. Тухи и др. сделали это с эпоксидной подложкой, содержащей сетку микроканалов, содержащих дициклопентадиен (DCPD), и включили катализатор Граббса на поверхность. Это показало частичное восстановление прочности после разрушения и могло быть повторено несколько раз из-за способности пополнять каналы после использования. Процесс не может повторяться вечно, поскольку полимер в плоскости трещины от предыдущих залечиваний будет накапливаться со временем. [15] Вдохновленные быстрыми процессами самогерметизации в вьющейся лиане Aristolochia macrophylla и родственных видах (трубопроводные лозы), было разработано биомиметическое полиуретановое пенопластовое покрытие для пневматических конструкций. [16] В отношении малого веса покрытия и толщины слоя пены была получена максимальная эффективность ремонта 99,9% и более. [17] [18] [19] Другими образцами для подражания являются растения, содержащие латекс, такие как фикус Бенджамина (Ficus benjamina), каучуковое дерево (Hevea brasiliensis) и молочай (Euphorbia spp.), в которых коагуляция латекса участвует в герметизации повреждений. [20] [21] [22] Были разработаны различные стратегии самогерметизации для эластомерных материалов, показывающие значительное механическое восстановление после макроскопического повреждения. [23] [24]

Самовосстанавливающиеся полимеры и эластомеры

В прошлом веке полимеры стали базовым материалом в повседневной жизни для таких продуктов, как пластик, резина, пленки, волокна или краски. Этот огромный спрос заставил продлить их надежность и максимальный срок службы, и был предусмотрен новый класс полимерных материалов, которые способны восстанавливать свою функциональность после повреждения или усталости. Эти полимерные материалы можно разделить на две разные группы на основе подхода к механизму самовосстановления: внутренние и внешние. [25] [26] Автономные самовосстанавливающиеся полимеры следуют трехэтапному процессу, очень похожему на процесс биологической реакции. В случае повреждения первой реакцией является запуск или приведение в действие, которое происходит почти сразу после получения повреждения. Второй реакцией является транспортировка материалов в пораженную область, что также происходит очень быстро. Третьей реакцией является процесс химического восстановления. Этот процесс отличается в зависимости от типа механизма восстановления, который имеет место (например, полимеризация , запутывание, обратимое сшивание). Эти материалы можно классифицировать по трем механизмам (капсульный, сосудистый и внутренний), которые можно хронологически сопоставить с четырьмя поколениями. [27] Хотя эти механизмы в некотором роде схожи, они различаются способами, которыми реакция скрывается или предотвращается до тех пор, пока не будет нанесен реальный ущерб.

Распад полимера

С молекулярной точки зрения традиционные полимеры поддаются механическому напряжению через разрыв сигма-связей . [28] В то время как более новые полимеры могут поддаваться другим образом, традиционные полимеры обычно поддаются гомолитическому или гетеролитическому разрыву связей . Факторы, которые определяют, как полимер будет поддаваться, включают: тип напряжения, химические свойства, присущие полимеру, уровень и тип сольватации и температуру. [28] С макромолекулярной точки зрения, вызванное напряжением повреждение на молекулярном уровне приводит к более масштабному повреждению, называемому микротрещинами. [29] Микротрещина образуется там, где соседние полимерные цепи были повреждены в непосредственной близости, что в конечном итоге приводит к ослаблению волокна в целом. [29]

Гомолитический разрыв связи

Схема 1. Гомолитическое расщепление полиметилметакрилата (ПММА).

Было обнаружено, что полимеры подвергаются гомолитическому расщеплению связей посредством использования радикальных репортеров, таких как DPPH (2,2-дифенил-1-пикрилгидразил) и PMNB (пентаметилнитрозобензол). Когда связь разрывается гомолитически, образуются два радикальных вида, которые могут рекомбинировать для восстановления повреждений или могут инициировать другие гомолитические расщепления, которые, в свою очередь, могут привести к еще большему повреждению. [28]

Гетеролитический разрыв связи

Схема 2. Гетеролитическое расщепление полиэтиленгликоля .

Полимеры также подвергаются гетеролитическому разрыву связи посредством экспериментов по изотопной маркировке. Когда связь разрывается гетеролитически, образуются катионные и анионные виды, которые в свою очередь могут рекомбинировать для восстановления повреждений, могут быть погашены растворителем или могут деструктивно реагировать с соседними полимерами. [28]

Обратимый разрыв связи

Некоторые полимеры поддаются механическому напряжению нетипичным, обратимым образом. [30] Полимеры на основе Дильса-Альдера подвергаются обратимому циклоприсоединению , где механическое напряжение расщепляет две сигма-связи в ретрореакции Дильса-Альдера . Это напряжение приводит к появлению дополнительных пи-связанных электронов в отличие от радикальных или заряженных фрагментов. [2]

Супрамолекулярный распад

Супрамолекулярные полимеры состоят из мономеров, которые взаимодействуют нековалентно . [31] Обычные взаимодействия включают водородные связи , [32] координацию металлов и силы Ван-дер-Ваальса . [31] Механическое напряжение в супрамолекулярных полимерах вызывает нарушение этих специфических нековалентных взаимодействий, что приводит к разделению мономеров и разрушению полимера.

Внутренние полимерные системы

В системах с внутренними свойствами материал изначально способен восстанавливать свою целостность. В то время как внешние подходы, как правило, автономны, для внутренних систем часто требуется внешний триггер для заживления (такой как термомеханические, электрические, фотостимулы и т. д.). Можно выделить 5 основных стратегий внутреннего самовосстановления. Первая основана на обратимых реакциях, а наиболее широко используемая схема реакции основана на реакциях Дильса-Альдера (DA) и ретро-Дильса-Альдера (rDA). [33] Другая стратегия обеспечивает самовосстановление в термореактивных матрицах путем включения плавких термопластичных добавок. Температурный триггер позволяет повторно диспергировать термопластичные добавки в трещины, что приводит к механическому взаимодействию. [34] Полимерные взаимосвязи, основанные на динамических супрамолекулярных связях или иономерах, представляют собой третью и четвертую схему. Вовлеченные супрамолекулярные взаимодействия и иономерные кластеры, как правило, обратимы и действуют как обратимые поперечные связи, таким образом, могут наделять полимеры способностью к самовосстановлению. [35] [36] Наконец, альтернативный метод достижения внутреннего самовосстановления основан на молекулярной диффузии. [37]

Полимеры на основе обратимых связей

Обратимые системы — это полимерные системы, которые могут возвращаться в исходное состояние, будь то мономерное , олигомерное или не сшитое. Поскольку полимер стабилен при нормальных условиях, для его возникновения обычно требуется внешний стимул. Для обратимого восстанавливающегося полимера, если материал поврежден такими способами, как нагревание, и возвращен к своим составляющим, его можно восстановить или «исцелить» до его полимерной формы, применив исходное состояние, использованное для его полимеризации.

Полимерные системы, основанные на образовании и разрыве ковалентных связей

Дильс-Альдер и ретро-Дильс-Альдер

Среди примеров обратимых восстанавливающихся полимеров реакция Дильса-Альдера (DA) и ее аналог ретро- Дильса-Альдера (RDA) кажутся очень многообещающими из-за их термической обратимости. В общем, мономер, содержащий функциональные группы, такие как фуран или малеимид, образует две углерод-углеродные связи определенным образом и строит полимер посредством реакции DA. Этот полимер при нагревании распадается на свои исходные мономерные единицы посредством реакции RDA, а затем преобразует полимер при охлаждении или посредством любых других условий, которые изначально использовались для получения полимера. В течение последних нескольких десятилетий были изучены два типа обратимых полимеров : (i) полимеры, в которых боковые группы, такие как фуран или малеимид , сшиваются посредством последовательных реакций сочетания DA; (ii) полимеры, в которых многофункциональные мономеры связываются друг с другом посредством последовательных реакций сочетания DA. [30]

Сшитые полимеры

В этом типе полимера полимер образуется посредством сшивания боковых групп из линейных термопластиков . Например, Саегуса и др. продемонстрировали обратимое сшивание модифицированных поли( N -ацетилэтилениминов), содержащих либо малеимидные , либо фуранкарбонильные боковые группы. Реакция показана на схеме 3. Они смешали два дополнительных полимера , чтобы получить высокосшитый материал посредством реакции DA фурановых и малеимидных единиц при комнатной температуре, поскольку сшитый полимер более термодинамически стабилен, чем отдельные исходные материалы. Однако при нагревании полимера до 80 °C в течение двух часов в полярном растворителе два мономера были регенерированы посредством реакции RDA, что указывает на разрушение полимеров . [38] Это стало возможным, поскольку энергия нагрева обеспечивала достаточно энергии для преодоления энергетического барьера и приводила к двум мономерам . Охлаждение двух исходных мономеров или поврежденного полимера до комнатной температуры в течение 7 дней залечивало и преобразовывало полимер.

Схема 3. Обратимое сшивание полимера посредством реакции циклоприсоединения Дильса-Альдера между фураном и малеимидом. [38]

Обратимая реакция DA/RDA не ограничивается полимерами на основе фуран-мелеимидов , как это показано в работе Ширальди и др. Они показали обратимую сшивку полимеров, содержащих боковую антраценовую группу, с малеимидами. Однако обратимая реакция происходила лишь частично при нагревании до 250 °C из-за конкурирующей реакции разложения . [39]

Полимеризация многофункциональных мономеров

В этих системах реакция DA происходит в самой основной цепи для построения полимера, а не как связующего звена. Для процессов полимеризации и заживления полимера на основе фуран - малеимида (3M4F) с пошаговым ростом DA были продемонстрированы его воздействием на циклы нагрева/охлаждения. Трис-малеимид (3M) и тетрафуран (4F) образовали полимер посредством реакции DA и при нагревании до 120 °C деполимеризовались посредством реакции RDA, в результате чего были получены исходные материалы. Последующий нагрев до 90–120 °C и охлаждение до комнатной температуры заживили полимер, частично восстановив его механические свойства посредством вмешательства. [33] [40] Реакция показана на Схеме 4.

Схема 4. Обратимая высокосшитая полимерная сетка на основе фуран-малеимида. [33]
Полимеры на основе тиола

Полимеры на основе тиола имеют дисульфидные связи , которые могут быть обратимо сшиты посредством окисления и восстановления . В восстановительных условиях дисульфидные (SS) мостики в полимере разрываются и приводят к мономерам, однако в окислительных условиях тиолы (SH) каждого мономера образуют дисульфидную связь , сшивая исходные материалы для формирования полимера. Чуджо и др. показали обратимый сшитый полимер на основе тиола с использованием поли( N -ацетилэтиленимина). (Схема 5) [41]

Схема 5. Обратимое сшивание полимеров дисульфидными мостиками. [41]
Поли(мочевина-уретан)

Мягкая поли(мочевина-уретановая) сеть использует реакцию метатезиса в ароматических дисульфидах для обеспечения свойств самовосстановления при комнатной температуре без необходимости во внешних катализаторах. Эта химическая реакция естественным образом способна создавать ковалентные связи при комнатной температуре, позволяя полимеру автономно восстанавливаться без внешнего источника энергии. Оставленный при комнатной температуре, материал восстановился с эффективностью 80 процентов всего за два часа и 97 процентов за 24 часа. [ необходима цитата ] В 2014 году было показано, что материал на основе полимочевинного эластомера является самовосстанавливающимся, сливаясь вместе после разрезания пополам без добавления катализаторов или других химикатов. Материал также включает недорогие коммерчески доступные соединения. Молекулы эластомера были изменены, сделав связи между ними длиннее. Полученные молекулы легче оторвать друг от друга и лучше способны повторно связываться при комнатной температуре с почти той же прочностью. Повторное связывание можно повторять. Эластичные, самовосстанавливающиеся краски и другие покрытия недавно стали на шаг ближе к повсеместному использованию благодаря исследованиям, проводимым в Университете Иллинойса. Ученые использовали «готовые» компоненты для создания полимера, который снова соединяется после разрезания пополам, без добавления катализаторов или других химикатов. [42] [43]

Однако полимеры мочевины-уретана имеют температуру стеклования ниже 273 К, поэтому при комнатной температуре они представляют собой гели, а их прочность на разрыв низкая. [44] Для оптимизации прочности на разрыв необходимо увеличить обратимую энергию связи или длину полимера, чтобы увеличить степень ковалентной или механической блокировки соответственно. Однако увеличение длины полимера подавляет подвижность и тем самым ухудшает способность полимеров повторно обратимо связываться. Таким образом, при каждой длине полимера существует оптимальная обратимая энергия связи. [45]

Витримеры

Витримеры — это подмножество полимеров, которые заполняют пробел между термопластами и термореактивными пластиками. [46] [47] Их зависимость от диссоциативного и ассоциативного обмена в динамических ковалентных адаптивных сетях позволяет получить доступ к различным химическим системам, которые позволяют синтезировать механически прочные материалы с возможностью многократной переработки при сохранении их структурных свойств и механической прочности. [48] Аспект самовосстановления этих материалов обусловлен обменом связями сшитых видов в ответ на приложенные внешние стимулы, такие как тепло. Диссоциативный обмен — это процесс, при котором сшивки разрываются до рекомбинации сшивающих видов, тем самым восстанавливая плотность сшивок после обмена. [49] Примерами диссоциативного обмена являются обратимые перициклические реакции, нуклеофильное трансалкилирование и аминальное трансаминирование. Ассоциативный обмен включает реакцию замещения с существующей сшивкой и сохранение сшивок на протяжении всего обмена. [49] Примерами ассоциативного обмена являются переэтерификация, переаминирование винилогичных уретанов, [50] иминный обмен, [51] и переаминирование дикетонаминов. [49]  Витримеры, обладающие наномасштабной морфологией, изучаются с помощью блок-сополимерных витримеров в сравнении с аналогами статистических сополимеров, чтобы понять влияние самосборки на скорость обмена, вязкоупругие свойства и перерабатываемость. [52] Помимо переработки, витримерные материалы перспективны для применения в медицине, например, самовосстанавливающаяся биоэпоксидная смола, [53] и применения в самовосстанавливающихся электронных экранах. [54] Хотя эти полимерные системы все еще находятся в зачаточном состоянии, они служат для производства коммерчески значимых, пригодных для вторичной переработки материалов в ближайшем будущем, при условии, что будет проделана большая работа по адаптации этих химических систем к коммерчески значимым мономерам и полимерам, а также будут разработаны более совершенные механические испытания и понимание свойств материалов на протяжении всего срока службы этих материалов (т. е. циклов после переработки).

Сополимеры с силой Ван-дер-Ваальса.

Если возмущение сил Ван-дер-Ваальса при механическом повреждении энергетически невыгодно, чередующиеся или случайные мотивы сополимера будут самовосстанавливаться до энергетически более выгодного состояния без внешнего вмешательства. Это самовосстанавливающееся поведение происходит в относительно узком композиционном диапазоне, зависящем от вязкоупругого отклика, который энергетически благоприятствует самовосстановлению при разделении цепей из-за ассоциаций «ключ-и-замок» соседних цепей. По сути, силы Ван-дер-Ваальса стабилизируют соседние сополимеры, что отражается в повышенных значениях плотности энергии когезии (CED). Урбан и др. иллюстрируют, как индуцированные дипольные взаимодействия для чередующихся или случайных сополимеров поли(метилметакрилата-альтерн-н-бутилакрилата) (p(MMA-альтерн-нБА)) из-за направленных сил Ван-дер-Ваальса могут повышать КЭД в равновесии (КЭДэкв) запутанных и расположенных бок о бок сополимерных цепей.

[55] [56] [57]

Системы на основе внешних полимеров

В внешних системах лечебные химические вещества отделены от окружающего полимера в микрокапсулах или сосудистых сетях, которые после повреждения/растрескивания материала высвобождают свое содержимое в плоскость трещины, реагируя и позволяя восстановить функциональность материала. [58] Эти системы можно далее подразделить на несколько категорий. В то время как полимеры на основе капсул изолируют лечебные агенты в маленьких капсулах, которые высвобождают агенты только в случае их разрыва, сосудистые самовосстанавливающиеся материалы изолируют лечебный агент в полых каналах капиллярного типа, которые могут быть соединены между собой в одном измерении, в двух измерениях или в трех измерениях. После повреждения одного из этих капилляров сеть может быть заполнена внешним источником или другим каналом, который не был поврежден. Внутренние самовосстанавливающиеся материалы не имеют изолированного лечебного агента, но вместо этого имеют скрытую функциональность самовосстановления, которая активируется повреждением или внешним стимулом. [58] Внешние самовосстанавливающиеся материалы могут достигать эффективности заживления более 100%, даже если повреждение большое. [59]

Микрокапсульное заживление

Системы на основе капсул имеют общее то, что лечебные агенты инкапсулируются в подходящие микроструктуры, которые разрываются при образовании трещины и приводят к последующему процессу для восстановления свойств материалов. Если стенки капсулы созданы слишком толстыми, они могут не разрушиться при приближении трещины, но если они слишком тонкие, они могут разорваться преждевременно. [60] Для того чтобы этот процесс происходил при комнатной температуре , а реагенты оставались в мономерном состоянии внутри капсулы, в термореактивный материал также встраивают катализатор . Катализатор снижает энергетический барьер реакции и позволяет мономеру полимеризоваться без добавления тепла. Капсулы вокруг мономера важны для поддержания разделения до тех пор, пока трещина не облегчит реакцию. [30] [61] В системе капсула-катализатор инкапсулированный лечебный агент высвобождается в полимерную матрицу и реагирует с катализатором, уже присутствующим в матрице. [62] Существует много проблем при проектировании этого типа материала. Во-первых, реактивность катализатора должна сохраняться даже после того, как он заключен в воск. Кроме того, мономер должен течь с достаточной скоростью (иметь достаточно низкую вязкость ), чтобы покрыть всю трещину до того, как он полимеризуется, иначе полная способность к заживлению не будет достигнута. Наконец, катализатор должен быстро растворяться в мономере, чтобы эффективно реагировать и предотвращать дальнейшее распространение трещины. [61]

Схема 6. ROMP DCPD через катализатор Граббса

Этот процесс был продемонстрирован с дициклопентадиеном (DCPD) и катализатором Граббса (бензилиден-бис(трициклогексилфосфин)дихлоррутений). Как DCPD, так и катализатор Граббса внедрены в эпоксидную смолу . Сам по себе мономер относительно инертен, и полимеризация не происходит. Когда микротрещина достигает как капсулы, содержащей DCPD, так и катализатора , мономер высвобождается из микрокапсулы ядро-оболочка и вступает в контакт с открытым катализатором, после чего мономер подвергается метатезисной полимеризации с раскрытием кольца (ROMP). [61] Реакция метатезиса мономера включает разрыв двух двойных связей в пользу новых связей. Присутствие катализатора позволяет снизить энергетический барьер (энергию активации), и реакция полимеризации может протекать при комнатной температуре. [63] Полученный полимер позволяет эпоксидному композитному материалу восстановить 67% своей прежней прочности .

Катализатор Граббса является хорошим выбором для этого типа системы, поскольку он нечувствителен к воздуху и воде, поэтому достаточно прочен, чтобы поддерживать реакционную способность внутри материала. Использование живого катализатора важно для содействия множественным действиям заживления. [64] Главным недостатком является стоимость. Было показано, что использование большего количества катализатора напрямую соответствует более высокой степени заживления. Рутений довольно дорог, что делает его непрактичным для коммерческого применения.

Рисунок 1. Изображение распространения трещины через материал с внедренными микрокапсулами. Микрокапсулы мономера представлены розовыми кружками, а катализатор показан фиолетовыми точками.

Напротив, в многокапсульных системах и катализатор, и лечебный агент инкапсулированы в разные капсулы. [65] В третьей системе, называемой латентной функциональностью, лечебный агент инкапсулирован, который может реагировать с компонентом полимеризатора, присутствующим в матрице в форме остаточных реактивных функциональностей. [66] В последнем подходе (фазовое разделение) либо лечебный агент, либо полимеризатор разделены по фазам в материале матрицы. [67]

Сосудистые подходы

Те же стратегии могут применяться в одномерных, двухмерных и трехмерных сосудистых системах. [68] [69] [15]

Подход с полой трубкой

Для первого метода хрупкие стеклянные капилляры или волокна внедряются в композитный материал . (Примечание: это уже широко используемая практика для укрепления материалов. См. Пластик, армированный волокнами .) [70] Полученная пористая сеть заполняется мономером . Когда в материале происходит повреждение от регулярного использования, трубки также трескаются, и мономер высвобождается в трещины. Другие трубки, содержащие отвердитель, также трескаются и смешиваются с мономером , в результате чего трещина затягивается. [64] При внедрении полых трубок в кристаллическую структуру следует учитывать множество факторов . Первое, что следует учитывать, — это то, что созданные каналы могут поставить под угрозу несущую способность материала из-за удаления несущего нагрузку материала. [71] Кроме того, диаметр канала, степень разветвления, расположение точек разветвления и ориентация канала являются одними из основных факторов, которые следует учитывать при создании микроканалов в материале. Материалы, которым не нужно выдерживать большую механическую нагрузку , но которые хотят обладать свойствами самовосстановления, могут вводить больше микроканалов, чем материалы, которые должны выдерживать нагрузку. [71] Существует два типа полых трубок: дискретные каналы и взаимосвязанные каналы. [71]

Дискретные каналы

Дискретные каналы могут быть построены независимо от построения материала и размещены в массиве по всему материалу. [71] При создании этих микроканалов следует учитывать один из основных факторов: чем ближе трубки друг к другу, тем ниже будет прочность, но тем эффективнее будет восстановление. [71] Сэндвич-структура — это тип дискретных каналов, который состоит из трубок в центре материала и заживает наружу от середины. [72] Жесткость сэндвич-структур высока, что делает ее привлекательным вариантом для камер под давлением . [72] По большей части в сэндвич-структурах прочность материала сохраняется по сравнению с сосудистыми сетями. Кроме того, материал демонстрирует почти полное восстановление после повреждения. [72]

Взаимосвязанные сети

Взаимосвязанные сети более эффективны , чем дискретные каналы, но их сложнее и дороже создавать. [71] Самый простой способ создания этих каналов — это применение основных принципов обработки для создания микромасштабных канавок каналов. Эти методы позволяют получить каналы размером от 600 до 700 микрометров. [71] Этот метод отлично работает на двумерной плоскости, но при попытке создания трехмерной сети он ограничен. [71]

Прямая ручная роспись чернилами

Техника Direct Ink Writing (DIW) представляет собой контролируемую экструзию вязкоупругих чернил для создания трехмерных взаимосвязанных сетей. [71] Она работает следующим образом: сначала органические чернила устанавливаются в определенном шаблоне. Затем структура пропитывается материалом, похожим на эпоксидную смолу . Затем эта эпоксидная смола затвердевает , и чернила можно отсосать с помощью небольшого вакуума, создавая полые трубки. [71]

Сети углеродных нанотрубок

Путем растворения линейного полимера внутри твердой трехмерной эпоксидной матрицы, так что они смешиваются друг с другом, линейный полимер становится подвижным при определенной температуре [73] Когда углеродные нанотрубки также включены в эпоксидный материал, и через трубки проходит постоянный ток , значительный сдвиг в кривой чувствительности указывает на постоянное повреждение полимера , таким образом «чувствуя» трещину. [74] Когда углеродные нанотрубки чувствуют трещину внутри структуры , их можно использовать в качестве тепловых переносчиков для нагрева матрицы, чтобы линейные полимеры могли диффундировать и заполнять трещины в эпоксидной матрице. Таким образом, восстанавливая материал. [73]

СКЛОНИ

Другой подход был предложен профессором Дж. Айзенбергом из Гарвардского университета, который предложил использовать скользкие пористые поверхности, наполненные жидкостью (SLIPS), пористый материал, созданный по образцу плотоядного растения-кувшинчика и наполненный смазочной жидкостью, не смешивающейся ни с водой, ни с маслом. [75] SLIPS обладают свойствами самовосстановления и самосмазывания, а также льдофобностью и успешно используются для многих целей.

Жертвенная нить для шитья

Органические нити (например, полилактидная нить) прошиты через слои ламинированного полимера, армированного волокнами, которые затем кипятятся и высасываются из материала после отверждения полимера, оставляя пустые каналы, которые можно заполнить лечебными средствами. [76]

Самовосстанавливающиеся полимерные композиты, армированные волокнами

Методы внедрения самовосстанавливающейся функциональности в наполненные композиты и армированные волокнами полимеры (FRP) почти исключительно основаны на внешних системах и, таким образом, могут быть широко классифицированы на два подхода: дискретные капсульные системы и непрерывные сосудистые системы. В отличие от ненаполненных полимеров, успех внутреннего подхода, основанного на обратимости связей, еще не доказан в FRP. На сегодняшний день самовосстановление FRP в основном применялось к простым конструкциям, таким как плоские пластины и панели. Однако существует несколько ограниченное применение самовосстановления в плоских панелях, поскольку доступ к поверхности панели относительно прост, а методы ремонта очень хорошо зарекомендовали себя в промышленности. Вместо этого основное внимание уделялось внедрению самовосстановления в более сложные и промышленно значимые конструкции, такие как Т-образные соединения [77] [78] и фюзеляжи самолетов. [79]

Системы на основе капсул

Создание системы на основе капсул впервые было сообщено Уайтом и др. в 2001 году [60] , и с тех пор этот подход был адаптирован рядом авторов для внедрения в армированные волокнами материалы. [80] [81] [82] Этот метод основан на высвобождении инкапсулированного восстанавливающего агента в зону повреждения и, как правило, является одноразовым процессом, поскольку функциональность инкапсулированного восстанавливающего агента не может быть восстановлена. Тем не менее, реализованные системы способны восстанавливать целостность материала почти на 100% и оставаться стабильными в течение срока службы материала.

Сосудистая система

Сосудистый или волоконный подход может быть более подходящим для самовосстановления повреждений от удара в армированных волокнами полимерных композитных материалах. В этом методе сеть полых каналов, известных как васкулы, похожих на кровеносные сосуды в человеческой ткани, размещается внутри структуры и используется для введения заживляющего агента. Во время повреждения трещины распространяются через материал и в сосуды, заставляя их расщепляться. Затем жидкая смола пропускается через сосуды и в плоскость повреждения, позволяя восстанавливать трещины. Сосудистые системы имеют ряд преимуществ по сравнению с системами на основе микрокапсул, такими как способность непрерывно доставлять большие объемы ремонтных агентов и потенциал для использования для повторного заживления. Сами полые каналы также могут использоваться для дополнительных функций, таких как управление температурой и мониторинг состояния конструкции. [83] Было предложено несколько методов введения этих сосудов, включая использование полых стеклянных волокон (HGF), [84] [85] 3D-печать, [15] процесс «выплавляемого воска» [86] [87] и метод сплошной заготовки. [88]

Самовосстанавливающиеся покрытия

Покрытия позволяют сохранять и улучшать объемные свойства материала. Они могут обеспечить защиту подложки от воздействия окружающей среды. Таким образом, когда происходит повреждение (часто в виде микротрещин), элементы окружающей среды, такие как вода и кислород, могут диффундировать через покрытие и могут вызвать повреждение или отказ материала. Микротрещины в покрытиях могут привести к механической деградации или расслоению покрытия или к электрическому отказу в армированных волокнами композитах и ​​микроэлектронике соответственно. Поскольку повреждение имеет столь малый масштаб, ремонт, если он возможен, часто является сложным и дорогостоящим. Поэтому покрытие, которое может автоматически восстанавливаться («самовосстанавливающееся покрытие»), может оказаться полезным за счет автоматического восстановления свойств (таких как механические, электрические и эстетические свойства) и, таким образом, продления срока службы покрытия. Большинство подходов, описанных в литературе относительно самовосстанавливающихся материалов, могут быть применены для создания «самовосстанавливающихся» покрытий, включая микрокапсуляцию [89] [60] и введение обратимых физических связей, таких как водородные связи, [90] иономеры [91] [92] и химические связи (химия Дильса-Альдера). [93] Микрокапсуляция является наиболее распространенным методом разработки самовосстанавливающихся покрытий. Капсульный подход, первоначально описанный Уайтом и др., с использованием микрокапсулированного дициклопентадиенового (DCPD) мономера и катализатора Граббса для самовосстанавливающегося эпоксидного полимера [60], был позже адаптирован к эпоксидным клеевым пленкам, которые обычно используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности для склеивания металлических и композитных субстратов. [94] Недавно микрокапсулированные жидкие суспензии металла или сажи использовались для восстановления электропроводности в многослойном микроэлектронном устройстве и электродах аккумулятора соответственно; [95] [96] однако использование микрокапсулирования для восстановления электрических свойств в покрытиях ограничено. Микрокапли жидкого металла также были суспендированы внутри силиконового эластомера для создания растягиваемых электрических проводников, которые сохраняют электропроводность при повреждении, имитируя упругость мягкой биологической ткани. [97] Наиболее распространенное применение этой техники доказано в полимерных покрытиях для защиты от коррозии. Защита металлических материалов от коррозии имеет важное значение в экономическом и экологическом масштабе. Чтобы доказать эффективность микрокапсул в полимерных покрытиях для защиты от коррозии, исследователи инкапсулировали ряд материалов. Эти материалы включают изоцианаты [98] [99] мономеры, такие как DCPD [62] [81] GMA [100] эпоксидная смола, [101] льняное масло[102] [103] и тунговое масло., [104] и лекарства. Используя вышеупомянутые материалы для самовосстановления в покрытиях, было доказано, что микрокапсуляция эффективно защищает металл от коррозии и продлевает срок службы покрытия.

Покрытия в высокотемпературных применениях могут быть разработаны для демонстрации самовосстанавливающихся характеристик посредством формирования стекла. В таких ситуациях, как покрытия с высокой излучательной способностью , вязкость сформированного стекла определяет способность покрытия к самовосстановлению, которая может конкурировать с образованием дефектов из-за окисления или абляции . [105] Самовосстанавливающиеся материалы на основе силикатного стекла представляют особую ценность в теплозащитных покрытиях и для космических применений, таких как тепловые экраны. Композитные материалы на основе дисилицида молибдена являются предметом различных исследований, направленных на повышение их самовосстанавливающихся характеристик на основе стекла в покрытиях. [106]

Самовосстанавливающиеся цементные материалы

Цементные материалы существуют со времен Римской империи. Эти материалы обладают естественной способностью к самовосстановлению, о чем впервые сообщила Французская академия наук в 1836 году. [107] Эту способность можно улучшить путем интеграции химических и биохимических стратегий.

Аутогенное заживление

Автогенное заживление — это естественная способность цементных материалов восстанавливать трещины. Эта способность в основном объясняется дальнейшей гидратацией негидратированных частиц цемента и карбонизацией растворенного гидроксида кальция. [107] Цементные материалы в пресноводных системах могут автогенно залечивать трещины до 0,2 мм в течение 7 недель. [108]

Для содействия аутогенному заживлению и закрытия более широких трещин в цементную смесь можно добавлять суперабсорбирующие полимеры. [109] [110] Добавление 1 м% выбранного суперабсорбирующего полимера по сравнению с цементом в цементный материал стимулировало дальнейшую гидратацию почти на 40% по сравнению с традиционным цементным материалом, если допускался 1 ч контакта с водой в день. [111]

Лечение на основе химических добавок

Самовосстановление цементных материалов может быть достигнуто посредством реакции определенных химических агентов. Существуют две основные стратегии для размещения этих агентов, а именно капсулы и сосудистые трубки. Эти капсулы и сосудистые трубки, будучи разорванными, высвобождают эти агенты и залечивают трещины. Исследования в основном были сосредоточены на улучшении качества этих корпусов и инкапсулированных материалов в этой области. [112]

Биологическое исцеление

Согласно исследованию HL Erlich, опубликованному в журнале Chemical Geology в 1996 году , способность бетона к самовосстановлению была улучшена за счет включения бактерий, которые могут вызывать осаждение карбоната кальция посредством своей метаболической активности. [113] Эти осадки могут накапливаться и образовывать эффективную герметизацию против проникновения воды, связанной с трещинами. На Первой международной конференции по самовосстанавливающимся материалам, состоявшейся в апреле 2007 года в Нидерландах, Хенк М. Йонкерс и Эрик Шланген представили свое исследование, в котором они успешно использовали «алкалофильные спорообразующие бактерии» в качестве «самовосстанавливающегося агента в бетоне». [114] [115] Они были первыми, кто включил бактерии в цементное тесто для разработки самовосстанавливающегося бетона. [116] Было обнаружено, что бактерии, непосредственно добавленные в тесто, оставались жизнеспособными только в течение 4 месяцев. Более поздние исследования показали, что Йонкерс использовал частицы керамзита [117] , а Ван Титтельбум использовал стеклянные трубки [118] для защиты бактерий внутри бетона. С тех пор сообщалось и о других стратегиях защиты бактерий. [119]

Самовосстанавливающаяся керамика

Как правило, керамика превосходит металлы по прочности при высоких температурах, однако она хрупкая и чувствительна к дефектам, и это ставит под сомнение ее целостность и надежность как конструкционных материалов. [120] Фазовая керамика, также известная как MAX-фазы , может автономно залечивать трещины с помощью внутреннего механизма залечивания. Микротрещины, вызванные износом или термическим напряжением, заполняются оксидами, образованными из компонентов MAX-фазы, обычно A-элемента, во время высокотемпературного воздействия воздуха. [121] Заполнение зазоров трещин было впервые продемонстрировано для Ti 3 AlC 2 путем окисления при 1200 °C на воздухе. [122] Ti 2 AlC и Cr 2 AlC также продемонстрировали эту способность, и ожидается, что больше тройных карбидов и нитридов смогут самостоятельно самовосстанавливаться. [123] Процесс повторяется до точки истощения элемента, что отличает MAX-фазы от других самовосстанавливающихся материалов, которым требуются внешние восстанавливающие агенты (внешнее залечивание) для заполнения зазоров одиночных трещин. В зависимости от заполняющего оксида можно добиться улучшения начальных свойств, таких как локальная прочность. [124] С другой стороны, муллит, оксид алюминия и диоксид циркония не обладают способностью к самовосстановлению, но могут быть наделены способностью к самовосстановлению путем внедрения компонентов второй фазы в матрицу. При растрескивании эти частицы подвергаются воздействию кислорода, и в присутствии тепла они реагируют, образуя новые материалы, которые заполняют зазор трещины при объемном расширении. [125] Эта концепция была доказана с использованием SiC для заживления трещин в матрице оксида алюминия, [126] и дальнейшие исследования изучали прочность при высоких температурах, [127] и статическую и циклическую усталостную прочность зажившей части. [128] Прочность и связь между матрицей и заживляющим агентом имеют первостепенное значение и, таким образом, определяют выбор заживляющих частиц.

Самовосстанавливающиеся металлы

При длительном воздействии высоких температур и умеренных напряжений металлы демонстрируют преждевременное и низкопластичное разрушение при ползучести, возникающее из-за образования и роста полостей. Эти дефекты объединяются в трещины, которые в конечном итоге вызывают макроскопическое разрушение. Таким образом, самовосстановление повреждений на ранней стадии является многообещающим новым подходом к продлению срока службы металлических компонентов. В металлах самовосстановление по своей сути труднее достичь, чем в большинстве других классов материалов, из-за их высокой температуры плавления и, как следствие, низкой подвижности атомов. Как правило, дефекты в металлах восстанавливаются путем образования осадков в местах дефектов, которые останавливают дальнейший рост трещин. Улучшенные свойства ползучести и усталости были зарегистрированы для недодержанных алюминиевых сплавов по сравнению с пиковыми закалочными сплавами Al, что обусловлено гетерогенным осаждением на вершине трещины и ее пластической зоне. [129] Первые попытки восстановить повреждения при ползучести в сталях были сосредоточены на динамическом осаждении либо Cu, либо BN на поверхности ползучести-полости. [130] [131] Осаждение Cu имеет лишь слабое предпочтение к дефектам, вызванным деформацией, поскольку большая часть сферических осадков Cu образуется одновременно с матрицей. [132] [133] Недавно атомы золота были признаны высокоэффективными восстанавливающими агентами в сплавах на основе Fe. Для осаждения Au указан механизм, вызванный дефектами, т. е. растворенное вещество Au остается растворенным до тех пор, пока не образуются дефекты. [134] Сообщалось об автономном восстановлении повреждений при высокотемпературной ползучести путем легирования небольшим количеством Au. Восстанавливающие агенты избирательно осаждаются на свободной поверхности полости ползучести, что приводит к заполнению пор. Для более низких уровней напряжения достигается заполнение полостей ползучести до 80% осаждениями Au [135], что приводит к существенному увеличению срока службы при ползучести. Продолжается работа по переводу концепции восстановления повреждений при ползучести в простых бинарных или тройных модельных системах на реальные многокомпонентные стали для ползучести.

В 2023 году Национальные лаборатории Сандия сообщили об обнаружении самовосстановления усталостных трещин в металле [136] [137] и сообщили, что наблюдения, по-видимому, подтверждают исследование 2013 года, предсказывающее этот эффект. [138]

Самовосстанавливающиеся гидрогели

Гидрогели — это мягкие твердые тела , состоящие из трехмерной сети природных или синтетических полимеров с высоким содержанием воды. Гидрогели, основанные на нековалентных взаимодействиях или динамической ковалентной химии, могут проявлять свойства самовосстановления после разрезания или разрыва. [139] Гидрогели, которые могут полностью разжижаться с последующим самовосстановлением, представляют особый интерес в биомедицинской инженерии для разработки инъекционных гидрогелей для регенерации тканей или чернил для 3D-биопечати . ​​[140]

Самовосстанавливающиеся органические красители

Недавно было обнаружено несколько классов органических красителей, которые самовосстанавливаются после фотодеградации при добавлении в ПММА и другие полимерные матрицы. [141] Это также известно как обратимая фотодеградация . Было показано, что в отличие от обычного процесса, такого как молекулярная диффузия, [142] механизм обусловлен взаимодействием красителя с полимером. [143]

Самовосстановление льда

Недавно было показано, что дефекты микрометрового размера в нетронутом слое льда заживают спонтанно в течение нескольких часов. Созданная кривизна любого дефекта вызывает локальное повышенное давление пара и, следовательно, увеличивает летучесть поверхностных молекул. Следовательно, подвижность верхнего слоя молекул воды значительно увеличивается. Основным механизмом, который доминирует в этом эффекте заживления, является сублимация с поверхности и конденсация на ней. [144] Это противоречит более ранней работе, которая описывает спекание ледяных сфер путем поверхностной диффузии. [145]

Измерение самозаживающей царапины с начальной глубиной приблизительно 2,5 микрометра, нанесенной в нетронутом слое льда температурой 247 Кельвинов. Общее время заживления: 205 минут. [144]

Дальнейшие приложения

Самовосстанавливающиеся эпоксидные смолы могут быть включены в металлы для предотвращения коррозии. Металлическая подложка показала значительную деградацию и образование ржавчины после 72 часов воздействия. Но после покрытия самовосстанавливающейся эпоксидной смолой не было никаких видимых повреждений под СЭМ после 72 часов того же воздействия. [146]

Оценка эффективности самовосстановления

Для каждого класса материалов разработано множество методик оценки способности к самовосстановлению (таблица 1).

Следовательно, при оценке самовосстановления необходимо учитывать различные параметры: тип стимула (если таковой имеется), время заживления, максимальное количество циклов заживления, которые может выдержать материал, и степень восстановления, при этом принимая во внимание исходные свойства материала. [147] [148] [90] Обычно при этом учитываются соответствующие физические параметры, такие как модуль упругости при растяжении, удлинение при разрыве, усталостная прочность, барьерные свойства, цвет и прозрачность. Способность данного материала к самовосстановлению обычно относится к восстановлению определенного свойства относительно исходного материала, обозначенного как эффективность самовосстановления. Эффективность самовосстановления можно количественно оценить, сравнив соответствующее экспериментальное значение, полученное для неповрежденного исходного образца ( f virgin ) с зажившим образцом ( f healed ) (уравнение 1 ) [149]

В вариации этого определения, которая относится к внешним самовосстанавливающимся материалам, эффективность заживления учитывает изменение свойств, вызванное введением заживляющего агента. Соответственно, свойство заживляемого образца сравнивается со свойством неповрежденного контроля, снабженного самовосстанавливающимся агентом f не заживляемый (уравнение 2 ).

Для определенного свойства Pi конкретного материала оптимальный механизм и процесс самовосстановления характеризуется полным восстановлением соответствующего свойства материала после подходящего нормализованного процесса повреждения. Для материала, где оцениваются 3 различных свойства, следует определить 3 эффективности, заданные как ƞ 1 ( P 1 ), ƞ 2 ( P 2 ) и ƞ 3 ( P 3 ). Окончательная средняя эффективность, основанная на числе n свойств для самовосстанавливающегося материала, соответственно определяется как гармоническое среднее значение, заданное уравнением 3. Гармоническое среднее значение более подходит, чем традиционное арифметическое среднее значение, поскольку оно менее чувствительно к большим выбросам.

Коммерциализация

По крайней мере две компании пытаются вывести на рынок новые приложения самовосстанавливающихся материалов. Arkema , ведущая химическая компания, объявила в 2009 году о начале промышленного производства самовосстанавливающихся эластомеров. [150] По состоянию на 2012 год Autonomic Materials Inc. привлекла более трех миллионов долларов США. [151] [152]

Ссылки

  1. ^ ab Ghosh SK (2008). Самовосстанавливающиеся материалы: основы, стратегии проектирования и применение (1-е изд.). Weinheim: Wiley – VCH. стр. 145. ISBN 978-3-527-31829-2.
  2. ^ ab Yuan YC, Yin T, Rong MZ, Zhang MQ (2008). «Самовосстановление в полимерах и полимерных композитах. Концепции, реализация и перспективы: обзор». Express Polymer Letters . 2 (4): 238–50. doi : 10.3144/expresspolymlett.2008.29 .
  3. ^ ab Wayman E (16 ноября 2011 г.). «Секреты зданий Древнего Рима». Smithsonian . Получено 13 ноября 2016 г.
  4. ^ «Назад в будущее с римским архитектурным бетоном». Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . Калифорнийский университет. 15 декабря 2014 г. Получено 17 ноября 2016 г.
  5. ^ Hartnett K (19 декабря 2014 г.). «Почему древнеримский бетон все еще стоит?». Boston Globe . Получено 17 ноября 2016 г.
  6. ^ Джексон МД, Лэндис ЭН, Брун ПФ, Витти М, Чен Х, Ли Кью и др. (декабрь 2014 г.). «Механическая устойчивость и цементные процессы в архитектурном растворе императорского Рима». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (52): 18484–89. Bibcode : 2014PNAS..11118484J. doi : 10.1073/pnas.1417456111 . PMC 4284584. PMID  25512521 . 
  7. ^ "Первая международная конференция по самовосстанавливающимся материалам". Делфтский технический университет . 12 апреля 2007 г. Получено 19 мая 2013 г.
  8. ^ Носоновский М., Рохатги П. (2011). Биомиметика в материаловедении: самовосстанавливающиеся, самосмазывающиеся и самоочищающиеся материалы . Springer Series in Materials Science. Vol. 152. Springer. ISBN 978-1-4614-0925-0.
  9. ^ Speck T, Mülhaupt R, Speck O (2013). «Самовосстановление растений как био-вдохновение для самовосстанавливающихся полимеров». В Binder W (ред.). Самовосстанавливающиеся полимеры . Wiley-VCH. стр. 61–89. doi :10.1002/9783527670185.ch2. ISBN 978-3-527-33439-1.
  10. ^ Speck O, Schlechtendahl M, Borm F, Kampowski T, Speck T (2013). «Био-вдохновленные самовосстанавливающиеся материалы». В Fratzl P, Dunlop JW, Weinkamer R (ред.). Materials Design Inspired by Nature: Function through Inner Architecture . RSC Smart Materials. Том 4. Королевское химическое общество. С. 359–89.
  11. ^ Спек О, Лухсингер Р, Рампф М, Спек Т (2014). «Selbstreparatur in Natur und Technik. – Konstruktion»: 9, 72–75, 82. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  12. ^ Konrad W, Flues F, Schmich F, Speck T, Speck O (ноябрь 2013 г.). «Аналитическая модель механизма самозапечатывания суккулентного растения Delosperma cooperi». Журнал теоретической биологии . 336 : 96–109. Bibcode : 2013JThBi.336...96K. doi : 10.1016/j.jtbi.2013.07.013. PMID  23907028.
  13. ^ Trask RS, Williams HR, Bond IP (март 2007 г.). «Самовосстанавливающиеся полимерные композиты: имитируя природу для повышения производительности». Bioinspiration & Biomimetics . 2 (1): P1–P9. Bibcode :2007BiBi....2....1T. doi :10.1088/1748-3182/2/1/P01. PMID  17671320. S2CID  22590061.
  14. ^ "Genesys Reflexive (Self-Healing) Composites". Cornerstone Research Group. Архивировано из оригинала 20-07-2012 . Получено 02-10-2009 .
  15. ^ abc Toohey KS, Sottos NR, Lewis JA, Moore JS, White SR (август 2007 г.). «Самовосстанавливающиеся материалы с микрососудистыми сетями» (PDF) . Nature Materials . 6 (8): 581–85. doi :10.1038/nmat1934. PMID  17558429.
  16. ^ Буш С., Зайдель Р., Спек О., Спек Т. (июль 2010 г.). «Морфологические аспекты самовосстановления повреждений, вызванных внутренними стрессами роста в стеблях Aristolochia macrophylla и Aristolochia ringens». Труды. Биологические науки . 277 (1691): 2113–20. doi :10.1098/rspb.2010.0075. PMC 2880149. PMID  20236971 . 
  17. ^ ab Rampf M, Speck O, Speck T, Luchsinger RH (2013). «Исследование механизма быстрого механического самовосстановления для надувных конструкций». Международный журнал инженерных наук . 63 : 61–70. doi :10.1016/j.ijengsci.2012.11.002.
  18. ^ Рампф М., Спек О., Спек Т., Лучзингер Р. Х. (2012). «Структурные и механические свойства гибких полиуретановых пен, отвержденных под давлением». Журнал клеточных пластиков . 48 : 49–65. doi :10.1177/0021955X11429171. S2CID  136555131.
  19. ^ Рампф М., Спек О., Спек Т., Лучзингер Р. Х. (2011). «Самовосстанавливающиеся мембраны для надувных конструкций, вдохновленные быстрым процессом запечатывания ран вьющимися растениями». Журнал Bionic Engineering . 8 (3): 242–50. doi :10.1016/S1672-6529(11)60028-0. S2CID  137853348.
  20. ^ Бауэр Г., Спек Т. (март 2012 г.). «Восстановление прочности на разрыв в образцах коры Ficus benjamina за счет коагуляции латекса во время быстрого самозаживления трещин». Annals of Botany . 109 (4): 807–11. doi :10.1093/aob/mcr307. PMC 3286277. PMID  22207613 . 
  21. ^ Bauer G, Friedrich C, Gillig C, Vollrath F, Speck T, Holland C (январь 2014 г.). «Исследование реологических свойств нативного растительного латекса». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 11 (90): 20130847. doi : 10.1098 /rsif.2013.0847. PMC 3836322. PMID  24173604. 
  22. ^ Bauer G, Gorb SN, Klein MC, Nellesen A, von Tapavicza M, Speck T (2014). "Сравнительное исследование частиц растительного латекса и коагуляции латекса у Ficus benjamina, Campanula glomerata и трех видов Euphorbia". PLOS ONE . 9 (11): e113336. Bibcode : 2014PLoSO...9k3336B. doi : 10.1371/journal.pone.0113336 . PMC 4237448. PMID  25409036 . 
  23. ^ Неллесен А., Фон Тапавича М., Бертлинг Дж., Шмидт А.М., Бауэр Г., Спек Т. (2011). «Pflanzliche Selbstheilung als Vorbild für selbstreparierende Elastomerwerkstoffe, GAK – Gummi, Fasern, Kunststoffe» [Самовосстановление растений как модель самовосстанавливающихся эластомерных материалов]. Международная полимерная наука и технология . 64 (8): 472–75.
  24. ^ Schüssele AC, Nübling F, Thomann Y, Carstensen O, Bauer G, Speck T, Mülhaupt R (2012). «Самовосстанавливающиеся резины на основе смесей NBR с гиперразветвленными полиэтилениминами». Macromolecular Materials and Engineering . 9 (5): 411–19. doi :10.1002/mame.201100162.
  25. ^ Yang Y, Urban MW (сентябрь 2013 г.). «Самовосстанавливающиеся полимерные материалы». Chemical Society Reviews . 42 (17): 7446–67. doi :10.1039/c3cs60109a. PMID  23864042.
  26. ^ Махаджан, Махендра С.; Гите, Викас В. (2019). «Умные покрытия с использованием микрокапсул». В Мишра, Мунмая К. (ред.). Применение инкапсуляции и контролируемого высвобождения (1-е изд.). CRC Press. стр. 249. doi :10.1201/9780429299520. ISBN 9780429299520. S2CID  210524952.
  27. ^ Утрера-Барриос, Саул; Вердехо, Ракель; Лопес-Манчадо, Мигель А.; Эрнандес Сантана, Марианелла (2020). «Эволюция самовосстанавливающихся эластомеров: от внешних к комбинированным внутренним механизмам: обзор». Горизонты материалов . 7 (11): 2882–2902. дои : 10.1039/D0MH00535E . hdl : 10261/342241 .
  28. ^ abcd Caruso MM, Davis DA, Shen Q, Odom SA, Sottos NR, White SR, Moore JS (ноябрь 2009 г.). «Механически-индуцированные химические изменения в полимерных материалах». Chemical Reviews . 109 (11): 5755–98. doi :10.1021/cr9001353. PMID  19827748.
  29. ^ ab Hayes SA, Zhang W, Branthwaite M, Jones FR (апрель 2007 г.). «Самовосстановление повреждений в армированных волокнами полимерных матричных композитах». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 4 (13): 381–87. doi :10.1098/rsif.2006.0209. PMC 2359850. PMID  17311783 . 
  30. ^ abc Бергман SD, Вудл F (2008). «Исправимые полимеры». Журнал химии материалов . 18 : 41–62. doi :10.1039/b713953p.
  31. ^ ab Armstrong G, Buggy M (2005). "Hydrogen-related supramolecules polymers: A literature review". Journal of Materials Science . 40 (3): 547–59. Bibcode : 2005JMatS..40..547A. doi : 10.1007/s10853-005-6288-7. S2CID  137424325.
  32. ^ Утрера-Барриос, Саул; Эрнандес Сантана, Марианелла; Вердехо, Ракель; Лопес-Манчадо, Мигель А. (17 января 2020 г.). «Проектирование резиновых композитов с возможностью автономного самовосстановления». АСУ Омега . 5 (4): 1902–10. дои : 10.1021/acsomega.9b03516 . ПМК 7003207 . ПМИД  32039326. 
  33. ^ abc Chen X, Dam MA, Ono K, Mal A, Shen H, Nutt SR и др. (март 2002 г.). «Термически рекомендуемый сшитый полимерный материал». Science . 295 (5560): 1698–702. Bibcode :2002Sci...295.1698C. doi :10.1126/science.1065879. PMID  11872836. S2CID  31722523.
  34. ^ Luo X, Ou R, Eberly DE, Singhal A, Viratyaporn W, Mather PT (март 2009 г.). «Термопластичная/термореактивная смесь, демонстрирующая термическое исправление и обратимую адгезию». ACS Applied Materials & Interfaces . 1 (3): 612–20. doi :10.1021/am8001605. PMID  20355983.
  35. ^ Cordier P, Tournilhac F, Soulié-Ziakovic C, Leibler L (февраль 2008 г.). «Самовосстановление и термообратимая резина из супрамолекулярной сборки». Nature . 451 (7181): 977–80. Bibcode :2008Natur.451..977C. doi :10.1038/nature06669. PMID  18288191. S2CID  205212362.
  36. ^ Kalista Jr SJ, Ward TC, Oyetunji Z (2007). «Самовосстановление сополимеров поли(этилен-со-метакриловой кислоты) после прокола снарядом». Механика современных материалов и конструкций . 14 (5): 391–97. doi :10.1080/15376490701298819. S2CID  138047053.
  37. ^ Ямагучи М., Оно С., Окамото К. (2009). «Взаимная диффузия оборванных цепей в слабом геле и ее применение к самовосстанавливающимся материалам». Mater. Sci. Eng. B. 162 ( 3): 189–94. doi :10.1016/j.mseb.2009.04.006.
  38. ^ ab Chujo Y, Sada K, Saegusa T (1990). "Обратимое гелеобразование полиоксазолина с помощью реакции Дильса-Альдера". Macromolecules . 23 (10): 2636–41. Bibcode :1990MaMol..23.2636C. doi :10.1021/ma00212a007.
  39. ^ Schiraldi DA, Liotta CL, Collard DM, Schiraldi DA (1999). «Сшивание и модификация поли(этилентерефталат-со-2,6-антрацендикарбоксилата) реакциями Дильса-Альдера с малеимидами». Macromolecules . 32 (18): 5786–92. Bibcode :1999MaMol..32.5786J. doi :10.1021/ma990638z.
  40. ^ Weizman H, Nielsen C, Weizman OS, Nemat-Nasser S (2011). «Синтез самовосстанавливающегося полимера на основе обратимой реакции Дильса–Альдера: передовая студенческая лаборатория на стыке органической химии и материаловедения». Журнал химического образования . 88 (8): 1137–40. Bibcode : 2011JChEd..88.1137W. doi : 10.1021/ed101109f.
  41. ^ ab Saegusa T, Sada K, Naka A, Nomura R, Saegusa T (1993). "Синтез и окислительно-восстановительное гелеобразование дисульфид-модифицированного полиоксазолина". Macromolecules . 26 (5): 883–87. Bibcode :1993MaMol..26..883C. doi :10.1021/ma00057a001.
  42. ^ Green R (2014-02-15). "Ученые создали недорогой самовосстанавливающийся полимер". Gizmag.com . Получено 2014-02-26 .
  43. ^ Ying H, Zhang Y, Cheng J (2014). "Динамическая связь мочевины для проектирования обратимых и самовосстанавливающихся полимеров". Nature Communications . 5 : 3218. Bibcode :2014NatCo...5.3218Y. doi :10.1038/ncomms4218. PMC 4438999 . PMID  24492620. 
  44. ^ Ying H, Zhang Y, Cheng J (2014). "Динамическая связь мочевины для проектирования обратимых и самовосстанавливающихся полимеров". Nature Communications . 5 : 3218. Bibcode :2014NatCo...5.3218Y. doi :10.1038/ncomms4218. PMC 4438999 . PMID  24492620. 
  45. ^ Madden I, Luijten E (2017-03-14). "Молекулярная динамика обратимых самовосстанавливающихся материалов". Бюллетень Американского физического общества . 62 (4): H18.002. Bibcode : 2017APS..MARH18002M.
  46. ^ Capelot M, Unterlass MM, Tournilhac F, Leibler L (2012-07-17). "Каталитический контроль перехода в стекло Vitrimer". ACS Macro Letters . 1 (7): 789–92. doi :10.1021/mz300239f. ISSN  2161-1653. PMID  35607118.
  47. ^ Fortman DJ, Brutman JP, Cramer CJ, Hillmyer MA, Dichtel WR (ноябрь 2015 г.). «Механически активированные, без катализатора полигидроксиуретановые витримеры». Журнал Американского химического общества . 137 (44): 14019–22. doi : 10.1021/jacs.5b08084 . PMID  26495769.
  48. ^ Denissen W, Winne JM, Du Prez FE (январь 2016 г.). «Витримеры: постоянные органические сети с текучестью, подобной стеклу». Chemical Science . 7 (1): 30–38. doi :10.1039/C5SC02223A. PMC 5508697 . PMID  28757995. 
  49. ^ abc Scheutz GM, Lessard JJ, Sims MB, Sumerlin BS (октябрь 2019 г.). «Адаптивные сшивки в полимерных материалах: разрешение пересечения термопластов и термореактивных материалов». Журнал Американского химического общества . 141 (41): 16181–96. doi :10.1021/jacs.9b07922. PMID  31525287. S2CID  202642134.
  50. ^ Lessard JJ, Garcia LF, Easterling CP, Sims MB, Bentz KC, Arencibia S, Savin DA, Sumerlin BS (2019-02-20). "Catalyst-Free Vitrimers from Vinyl Polymers". Macromolecules . 52 (5): 2105–11. Bibcode :2019MaMol..52.2105L. doi :10.1021/acs.macromol.8b02477. ISSN  0024-9297. S2CID  104386610.
  51. ^ Шустра, Сибрен К.; Дейксман, Джошуа А.; Зуйлхоф, Хан; Смалдерс, Маартен М. Дж. (2021). «Молекулярный контроль над механикой, подобной витримеру – настраиваемые динамические мотивы на основе уравнения Гаммета в полииминовых материалах». Химическая наука . 12 (1): 293–302. doi :10.1039/D0SC05458E. PMC 8178953. PMID  34163597 . 
  52. ^ Lessard JJ, Scheutz GM, Sung SH, Lantz KA, Epps Iii TH, Sumerlin BS (декабрь 2019 г.). «Блок-сополимерные витримеры». Журнал Американского химического общества . 142 (1): 283–89. doi :10.1021/jacs.9b10360. PMID  31794219. S2CID  208627400.
  53. ^ Liu T, Hao C, Zhang S, Yang X, Wang L, Han J, Li Y, Xin J, Zhang J (2018-08-14). «Самовосстанавливающийся биоэпоксидный материал с высокой температурой стеклования на основе химии витримеров». Macromolecules . 51 (15): 5577–85. Bibcode :2018MaMol..51.5577L. doi :10.1021/acs.macromol.8b01010. ISSN  0024-9297. S2CID  105448238.
  54. ^ Монкс К, Стюарт А (25 июня 2015 г.). «Самовосстанавливающийся пластик обещает небьющиеся телефоны». CNN . Получено 06.12.2019 .
  55. ^ Урбан, М. В. и др. Самовосстанавливающиеся сополимеры для товаров «ключ-и-замок». Science 362, 220–225 (2018).
  56. ^ Марек Урбан, Сыян Ван, Самовосстанавливающиеся сополимеры посредством взаимодействия Ван-дер-Ваальса, Композиты в Лейк-Луизе (2019).
  57. ^ Ин Ян, Дмитрий Давыдович, Крис К. Хорнат, Сяолинь Лю, Марек В. Урбан, Самовосстанавливающиеся полимеры, вдохновленные листьями, Chem, Том 4, 1928-1936 (2018).
  58. ^ ab Blaiszik BJ, Kramer SL, Olugebefola SC, Moore JS, Sottos NR, White SR (2010). «Самовосстанавливающиеся полимеры и композиты». Annual Review of Materials Research . 40 (1): 179–211. Bibcode :2010AnRMS..40..179B. doi :10.1146/annurev-matsci-070909-104532. ISSN  1531-7331.
  59. ^ Ван И, Фам ДТ, Цзи Ч (2015-12-31). "Самовосстанавливающиеся композиты: обзор". Cogent Engineering . 2 (1): 1075686. doi : 10.1080/23311916.2015.1075686 .
  60. ^ abcd White SR, Sottos NR, Geubelle PH, Moore JS, Kessler MR, Sriram SR и др. (февраль 2001 г.). «Автономное заживление полимерных композитов». Nature . 409 (6822): 794–97. Bibcode :2001Natur.409..794W. doi :10.1038/35057232. PMID  11236987. S2CID  11334883.
  61. ^ abc White SR, Delafuente DA, Ho V, Sottos NR, Moore JS, White SR (2007). «Самовосстановление эпоксидных материалов под действием растворителя». Macromolecules . 40 (25): 8830–32. Bibcode :2007MaMol..40.8830C. CiteSeerX 10.1.1.494.785 . doi :10.1021/ma701992z. 
  62. ^ ab Brown EN, Sottos NR, White SR (2002). «Испытание разрушения самовосстанавливающегося полимерного композита». Experimental Mechanics . 42 (4): 372–79. doi :10.1007/BF02412141. hdl : 2142/265 . S2CID  189768207.
  63. ^ Grubbs RH, Tumas W (февраль 1989). «Синтез полимеров и химия органопереходных металлов». Science . 243 (4893): 907–15. Bibcode :1989Sci...243..907G. doi :10.1126/science.2645643. PMID  2645643.
  64. ^ ab Pang JW, Bond IP (2005). «Полый армированный волокном полимерный композит, включающий самовосстановление и улучшенную видимость повреждений». Composite Science and Technology . 65 (11–12): 1791–99. CiteSeerX 10.1.1.552.4996 . doi :10.1016/j.compscitech.2005.03.008. 
  65. ^ Келлер М.В., Уайт СР, Соттос Н.Р. (2007). «Самовосстанавливающийся поли(диметилсилоксановый) эластомер». Adv. Funct. Mater . 17 (14): 2399–404. Bibcode : 2007PhDT........81K. doi : 10.1002/adfm.200700086. S2CID  15444050.
  66. ^ Caruso MM, Delafuente DA, Ho V, Sottos NR, Moore JS, White SR (2007). «Самовосстанавливающиеся эпоксидные материалы, стимулируемые растворителем». Macromolecules . 40 (25): 8830–32. Bibcode :2007MaMol..40.8830C. CiteSeerX 10.1.1.494.785 . doi :10.1021/ma701992z. 
  67. ^ Cho SH, Andersson HM, White SR, Sottos NR, Braun PV (2006). «Самовосстанавливающиеся материалы на основе полидиметилсилоксана». Adv. Mater . 18 (8): 997–1000. Bibcode : 2006AdM....18..997C. doi : 10.1002/adma.200501814. S2CID  1175489.
  68. ^ Dry CM, Sottos NR (1993). Varadan VK (ред.). «Пассивное интеллектуальное самовосстановление в композитных материалах с полимерной матрицей». Smart Structures and Materials 1993: Smart Materials . SPIE Proc. (1916): 438–44. Bibcode :1993SPIE.1916..438D. doi :10.1117/12.148501. S2CID  136696600.
  69. ^ Ван КМ, Лоренте С , Бежан А (2006). «Васкуляризированные сети с двумя оптимизированными размерами каналов». J. Phys. D: Appl. Phys . 39 (14): 3086–96. Bibcode :2006JPhD...39.3086W. doi :10.1088/0022-3727/39/14/031. S2CID  120304072.
  70. ^ Драй С (1996). «Процедуры, разработанные для самовосстановления полимерных матричных композитных материалов». Композитная структура . 35 (3): 263–64. doi :10.1016/0263-8223(96)00033-5.
  71. ^ abcdefghij Olugebefola SC, Aragón AM, Hansen CJ, Hamilton AR, Kozola BD, Wu W и др. (2010). «Композиты из полимерной микрососудистой сети». Журнал композитных материалов . 44 (22): 2587–603. Bibcode : 2010JCoMa..44.2587O. doi : 10.1177/0021998310371537. ISSN  0021-9983. S2CID  14499195.
  72. ^ abc Williams HR, Trask RS, Bond IP (2007). «Самовосстанавливающиеся композитные сэндвич-структуры». Smart Materials and Structures . 16 (4): 1198–207. Bibcode : 2007SMaS...16.1198W. doi : 10.1088/0964-1726/16/4/031. ISSN  0964-1726. S2CID  136923522.
  73. ^ ab Hayes SA, Jones FR, Marshiya K, Zhang W (2007). «Самовосстанавливающийся термореактивный композитный материал». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 38 (4): 1116–20. doi :10.1016/j.compositesa.2006.06.008. ISSN  1359-835X.
  74. ^ Thostenson ET, Chou TW (2006). «Сети углеродных нанотрубок: обнаружение распределенной деформации и повреждений для прогнозирования жизни и самовосстановления». Advanced Materials . 18 (21): 2837–41. Bibcode : 2006AdM....18.2837T. doi : 10.1002/adma.200600977. ISSN  0935-9648. S2CID  137693495.
  75. ^ Носоновский М (сентябрь 2011 г.). «Материаловедение: скользкий при намокании». Nature . 477 (7365): 412–13. Bibcode :2011Natur.477..412N. doi : 10.1038/477412a . PMID  21938059. S2CID  205067351.
  76. ^ "Повторное самовосстановление теперь возможно в композитных материалах". Институт Бекмана . Получено 17 ноября 2016 г.
  77. ^ Yang T, Zhang J, Mouritz AP, Wang CH (2013). «Восстановление тройников из углеродного волокна и эпоксидного композита с использованием сшивания полимерных волокон». Композиты Часть B: Инженерное дело . 45 : 1499–507. doi :10.1016/j.compositesb.2012.08.022.
  78. ^ Cullinan JF, Wisnom M, Bond I (2015). Новый метод управления повреждениями и ремонта композитных Т-образных соединений на месте . 56-я конференция AIAA/ASCE/AHS/ASC по конструкциям, динамике конструкций и материалам. Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. стр. 1577.
  79. ^ Минакучи С., Сан Д., Такеда Н. (2014). «Иерархическая система для автономного обнаружения и устранения расслоения в крупномасштабных композитных структурах». Умные материалы и структуры . 23 (11): 115014. Bibcode : 2014SMaS...23k5014M. doi : 10.1088/0964-1726/23/11/115014 . S2CID  136572563.
  80. ^ Kessler MR, White SR (2001). "Самоактивируемое заживление повреждений от расслоения в тканых композитах" (PDF) . Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 32 (5): 683–99. doi :10.1016/s1359-835x(00)00149-4. hdl :2142/112657.
  81. ^ ab Kessler MR, Sottos NR, White SR (2003). «Самовосстанавливающиеся конструкционные композитные материалы». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 34 (8): 743–53. doi :10.1016/S1359-835X(03)00138-6.
  82. ^ Patel AJ, Sottos NR, Wetzel ED, White SR (2010). «Автономное заживление повреждений от низкоскоростного удара в армированных волокнами композитах». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 41 (3): 360–68. doi :10.1016/j.compositesa.2009.11.002.
  83. ^ Norris CJ, White JA, McCombe G, Chatterjee P, Bond IP, Trask RS (2012). «Автономный стимул вызвал самовосстановление в интеллектуальных структурных композитах». Smart Materials and Structures . 21 (9): 094027. Bibcode : 2012SMaS...21i4027N. doi : 10.1088/0964-1726/21/9/094027. S2CID  137489472.
  84. ^ Bleay SM, Loader CB, Hawyes VJ, Humberstone L, Curtis PT (2001). «Умная система ремонта для полимерных матричных композитов». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 32 (12): 1767–76. doi :10.1016/s1359-835x(01)00020-3.
  85. ^ Trask RS, Bond IP (2006). «Биомиметическое самовосстановление современных композитных структур с использованием полых стеклянных волокон». Smart Materials and Structures . 15 (3): 704–10. Bibcode : 2006SMaS...15..704T. doi : 10.1088/0964-1726/15/3/005. S2CID  15100402.
  86. ^ Trask RS, Bond IP (июнь 2010 г.). «Биоинспирированное инженерное исследование Plantae vascules для самовосстанавливающихся композитных структур». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 7 (47): 921–31. doi :10.1098/rsif.2009.0420. PMC 2871803. PMID  19955122 . 
  87. ^ Esser-Kahn AP, Thakre PR, Dong H, Patrick JF, Vlasko-Vlasov VK, Sottos NR и др. (август 2011 г.). «Трехмерные микрососудистые волокнистые армированные композиты». Advanced Materials . 23 (32): 3654–58. Bibcode :2011AdM....23.3654E. doi :10.1002/adma.201100933. PMID  21766345. S2CID  46096597.
  88. ^ Huang CY, Trask RS, Bond IP (август 2010 г.). «Характеристика и анализ ламинатов из полимерных композитов, армированных углеродным волокном, со встроенной круговой сосудистой сетью». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 7 (49): 1229–41. doi :10.1098/rsif.2009.0534. PMC 2894872. PMID 20150337  . 
  89. ^ Aïssa B, Therriault D, Haddad E, Jamroz W (2011). «Системы самовосстанавливающихся материалов: обзор основных подходов и недавно разработанных технологий». Достижения в области материаловедения и машиностроения . 2012 : 1–17. doi : 10.1155/2012/854203 .
  90. ^ ab Chen Y, Guan Z (сентябрь 2014 г.). «Многовалентные водородные связи блок-сополимеров самоорганизуются в прочные и жесткие самовосстанавливающиеся материалы». Chemical Communications . 50 (74): 10868–70. doi :10.1039/C4CC03168G. PMID  25090104.
  91. ^ Binder WH (2013). "Самовосстанавливающиеся иономеры". Самовосстанавливающиеся полимеры: от принципов к применению (1-е изд.). Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH. стр. 315–34. doi :10.1002/9783527670185.ch13. ISBN 978-3-527-33439-1.
  92. ^ Varley RJ, Zwaag SV (2008). «Разработка метода квазистатического испытания для исследования происхождения самовосстановления в иономерах в баллистических условиях». Polymer Testing . 27 : 11–19. doi :10.1016/j.polymertesting.2007.07.013. hdl : 10536/DRO/DU:30095736 .
  93. ^ Liua YL, Chuoa TW (2013). «Самовосстанавливающиеся полимеры на основе термически обратимой химии Дильса–Альдера». Полимерная химия . 4 (7): 2194–05. doi :10.1039/C2PY20957H.
  94. ^ Jin H, Miller GM, Pety SJ, Griffin AS, Stradley DS, Roach D, Sottos NR, White SR (2013). «Характеристики разрушения самовосстанавливающегося, закаленного эпоксидного клея». Int. J. Adhes. Adhes . 44 : 157–65. doi :10.1016/j.ijadhadh.2013.02.015.
  95. ^ Blaiszik BJ, Kramer SL, Grady ME, McIlroy DA, Moore JS, Sottos NR, White SR (январь 2012 г.). «Автономное восстановление электропроводности». Advanced Materials . 24 (3): 398–401. Bibcode :2012AdM....24..398B. doi :10.1002/adma.201102888. PMID  22183927. S2CID  2225085.
  96. ^ Kang S, Jones AR, Moore JS, White SR, Sottos NR (2014). «Микрокапсулированные суспензии сажевого углерода для восстановления электропроводности». Adv. Funct. Mater . 24 (20): 2947–56. doi :10.1002/adfm.201303427. S2CID  18494560.
  97. ^ Markvicka EJ, Bartlett MD, Huang X, Majidi C (июль 2018 г.). «Автономно электрически самовосстанавливающийся жидкий металл-эластомерный композит для надежной мягкой робототехники и электроники». Nature Materials . 17 (7): 618–24. Bibcode :2018NatMa..17..618M. doi :10.1038/s41563-018-0084-7. PMID  29784995. S2CID  29160161.
  98. ^ Хуан М., Ян Дж. (2011). «Простая микроинкапсуляция HDI для самовосстанавливающихся антикоррозионных покрытий». Журнал химии материалов . 21 (30): 11123–30. doi :10.1039/C1JM10794A.
  99. ^ Yang J, Keller MW, Moore JF, White SR, Sottos NR (2008). «Микрокапсуляция изоцианатов для самовосстанавливающихся полимеров». Macromolecules . 41 (24): 9650–55. Bibcode :2008MaMol..41.9650Y. doi :10.1021/ma801718v.
  100. ^ Meng LM, Yuan YC, Rong MZ, Zhang MQ (2010). «Стратегия самовосстановления полимеров с двойным механизмом на основе одного компонента». Журнал химии материалов . 20 (29): 5969–6196. doi :10.1039/C0JM00268B.
  101. ^ Jin HH, Mangun CL, Stradley DS, Moore JS, Sottos NR, White SR (2012). «Самовосстанавливающийся термореактивный материал с использованием инкапсулированной эпокси-аминной восстанавливающей химии». Polymer . 53 (2): 581–87. doi :10.1016/j.polymer.2011.12.005.
  102. ^ Suryanarayana C, Rao KC, Kumar (2008). «Подготовка и характеристика микрокапсул, содержащих льняное масло, и его использование в самовосстанавливающихся покрытиях». Progress in Organic Coatings . 63 : 72–78. doi :10.1016/j.porgcoat.2008.04.008.
  103. ^ Jadhav RS, Hundiwale DG, Mahulikar PP (2011). «Синтез и характеристика фенолформальдегидных микрокапсул, содержащих льняное масло, и их использование в эпоксидной смоле для самовосстанавливающегося и антикоррозионного покрытия». Журнал прикладной полимерной науки . 119 (5): 2911–16. doi :10.1002/app.33010.
  104. ^ Samadzadeha M, Bouraa SH, Peikaria M, Ashrafib A, Kasirihac M (2011). «Тунговое масло: автономное ремонтное средство для самовосстанавливающихся эпоксидных покрытий». Progress in Organic Coatings . 70 (4): 383–87. doi :10.1016/j.porgcoat.2010.08.017.
  105. ^ Способность стекла к самовосстановлению в покрытиях с высокой излучательной способностью. Corrosion Science, 2019, 146, стр. 233-246.
  106. ^ Ван, Лу; Ван, Вэйянь; Фу, Цянган (2020). «Улучшение способности к самовосстановлению покрытий MoSi2 при 900–1200 °C путем введения SiB6». Журнал Европейского керамического общества . 40 (8): 2896–2906. doi :10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.048.
  107. ^ Аб Де Рой М., Ван Титтелбум К., Де Бели Н., Шланген Э., ред. (2011). Явления самовосстановления в материалах на основе цемента. Отчеты о состоянии дел РИЛЕМ. Том. 11. Спрингер Нидерланды. дои : 10.1007/978-94-007-6624-2. ISBN 978-94-007-6624-2.
  108. ^ Эдвардсен С (1999). «Водопроницаемость и аутогенное залечивание трещин в бетоне». ACI Materials Journal . 96 (4): 448–54. doi :10.14359/645.
  109. ^ Снук, Дидье; Ван Титтелбум, Ким; Стеуперарт, Стейн; Дубрюэль, Питер; Де Бели, Неле (15 марта 2012 г.). «Самовосстанавливающиеся цементные материалы за счет сочетания микроволокон и сверхвпитывающих полимеров». Журнал интеллектуальных материальных систем и структур . 25 : 13–24. дои : 10.1177/1045389X12438623. hdl : 1854/LU-6869809 . S2CID  92983639.
  110. ^ Snoeck, Didier (2018-11-15). «Суперабсорбирующие полимеры для герметизации и заживления трещин в цементных материалах». Технические письма RILEM . 3 : 32–38. doi : 10.21809/rilemtechlett.2018.64 . hdl : 1854/LU-8664851 .
  111. ^ Snoeck, Didier; Pel, Leo; De Belie, Nele (2020-01-20). «Автогенное заживление в цементных материалах с суперабсорбирующими полимерами, количественно оцененное с помощью ЯМР». Scientific Reports . 10 (1): 642. Bibcode :2020NatSR..10..642S. doi : 10.1038/s41598-020-57555-0 . PMC 6971030 . PMID  31959802. 
  112. ^ Mostavi E, Asadi S, Hassan M, Alansari M (декабрь 2015 г.). «Оценка механизмов самовосстановления в бетоне с двухслойными микрокапсулами силиката натрия» (PDF) . Журнал материалов в гражданском строительстве . 27 (12): 04015035. doi :10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001314.
  113. ^ Эрлих НЛ (1996). «Как микробы влияют на рост и растворение минералов». Химическая геология . 1–4 (132): 5–9. Bibcode :1996ChGeo.132....5E. doi :10.1016/S0009-2541(96)00035-6.
  114. ^ Jonkers HM, Schlangen E (2007). AJM Schmetz, van der Zwaag (ред.). «Ремонт трещин с помощью иммобилизованных в бетоне бактерий». Труды Первой международной конференции по самовосстанавливающимся материалам . Springer: 1–7. ISBN 9781402062490.
  115. ^ Jonkers H (2007). «Самовосстанавливающийся бетон: биологический подход». В van der Zwaag S (ред.). Самовосстанавливающиеся материалы: альтернативный подход к 20 векам материаловедения . Дордрехт: Springer. стр. 195–204.
  116. ^ Jonkers HM, Thijssen A, Muyzer G, Copuroglu O, Schlangen E (2010). «Применение бактерий в качестве самовосстанавливающегося агента для разработки устойчивого бетона». Экологическая инженерия . 36 (2): 230–35. Bibcode : 2010EcEng..36..230J. doi : 10.1016/j.ecoleng.2008.12.036.
  117. ^ Йонкерс Х (2011). «Самовосстанавливающийся бетон на основе бактерий» (PDF) . HERON . 56 (1/2).
  118. ^ Ван Титтельбум К, Де Бели Н, Ван Лу Д, Якобс П (2011). «Эффективность самовосстановления цементных материалов, содержащих трубчатые капсулы, заполненные лечебным агентом». Цементные и бетонные композиты . 33 (4): 497–505. doi :10.1016/j.cemconcomp.2011.01.004.
  119. ^ Wang J, Van Tittelboom K, De Belie N, Verstraete W (2012). «Использование силикагеля или иммобилизованных бактерий из полиуретана для самовосстанавливающегося бетона». Строительство и строительные материалы . 26 (1): 532–40. doi :10.1016/j.conbuildmat.2011.06.054.
  120. ^ Оно М., Накао В., Такахаши К., Накатани М., Андо К. (2007). «Новая методология, гарантирующая структурную целостность композита Al2O3/SiC с использованием залечивания трещин и контрольного испытания». Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 30 (7): 599–607. doi :10.1111/j.1460-2695.2007.01132.x.
  121. ^ Yang HJ, Pei YT, Rao JC, De Hosson JT (2012). «Способность самовосстановления керамики Ti 2 AlC». Журнал химии материалов . 22 (17): 8304–13. doi :10.1039/C2JM16123K.
  122. ^ Song GM, Pei YT, Sloof WG, Li SB, De Hosson JT, Van der Zwaag S (январь 2008 г.). «Заживление трещин, вызванное окислением, в керамике Ti 3 AlC 2 ». Scripta Materialia . 58 (1): 13–16. doi :10.1016/j.scriptamat.2007.09.006.
  123. ^ Ли С., Сонг Г., Квакернаак К., ван дер Цвааг С., Sloof WG (2012). «Множественное заживление трещин керамики Ti 2 AlC». Журнал Европейского керамического общества . 32 (8): 1813–20. doi : 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.01.017.
  124. ^ Farle AS, Kwakernaak C, van der Zwaag S, Sloof WG (2015). «Концептуальное исследование потенциала керамики с фазой Mn+1AXn для самовосстановления трещин». Журнал Европейского керамического общества . 35 : 37–45. doi :10.1016/j.jeurceramsoc.2014.08.046.
  125. ^ Накао В., Такахаши К., Андо К. (2009-01-20). Самовосстанавливающиеся материалы, дизайн, стратегии и применение . Wiley-VCH Verkag GmbH & Co KGaA. стр. 188. ISBN 978-3-527-31829-2.
  126. ^ Nakao W, Abe S (2012). «Улучшение способности к самовосстановлению в самовосстанавливающейся керамике, индуцированной окислением, путем модификации восстанавливающего агента». Smart Materials and Structures . 21 (2): 025002. Bibcode : 2012SMaS...21b5002N. doi : 10.1088/0964-1726/21/2/025002. S2CID  137243253.
  127. ^ Nakao W, Takahashi K, Ando K (2007). "Пороговое напряжение во время лечения трещин структурной керамики, обладающей способностью к заживлению трещин". Materials Letters . 61 (13): 2711–13. Bibcode : 2007MatL...61.2711N. doi : 10.1016/j.matlet.2006.04.122.
  128. ^ Андо К, Ким Б.С., Чу М.С., Сайто С., Такахаши К. (2004). «Заживление трещин и механическое поведение композитов Al2O3/Sic при повышенной температуре». Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 27 (7): 533–41. doi :10.1111/j.1460-2695.2004.00785.x.
  129. ^ Lumley RN, Morton AJ, Polmear IJ (2002). «Улучшение характеристик ползучести в сплаве Al-Cu-Mg-Ag за счет недостаривания». Acta Materialia . 50 (14): 3597–3608. Bibcode : 2002AcMat..50.3597L. doi : 10.1016/S1359-6454(02)00164-7.
  130. ^ Laha K, Kyono J, Kishimoto S, Shinya N (2005). «Благотворное влияние сегрегации B на ползучесть кавитации в аустенитной нержавеющей стали типа 347». Scripta Materialia . 52 (7): 675–78. doi :10.1016/j.scriptamat.2004.11.016.
  131. ^ Laha K, Kyono J, Shinya N (2007). «Повышенная стойкость к ползучести и кавитации, содержащая Cu 18Cr-12Ni-Nb аустенитная нержавеющая сталь». Scripta Materialia . 56 (10): 915–18. doi :10.1016/j.scriptamat.2006.12.030.
  132. ^ He SM, Van Dijk NH, Schut H, Peekstok ER, van der Zwaag S (2010). "Термически активированное осаждение при дефектах, вызванных деформацией, в сплавах Fe-Cu и Fe-Cu-BN, изученное методом позитронной аннигиляционной спектроскопии". Physical Review . B 81 (9): 094103. Bibcode :2010PhRvB..81i4103H. doi :10.1103/PhysRevB.81.094103.
  133. ^ Он С.М., Ван Дейк Н.Х., Паладугу М., Шут Х., Кольбрехер Дж., Тичелаар Ф.Д., Ван дер Цвааг С. (2010). «Определение in situ выделений старения в деформированных сплавах Fe-Cu и Fe-Cu-BN методом малоуглового рассеяния нейтронов с временным разрешением». Физический обзор . B 82 (17): 174111. Бибкод : 2010PhRvB..82q4111H. doi : 10.1103/PhysRevB.82.174111.
  134. ^ Чжан С., Кольбрехер Дж., Тичелаар Ф.Д., Лангелаан Г., Брюк Э., Ван Дер Цвааг С., Ван Дейк Н.Х. (2013). «Выделение Au, вызванное дефектами, в сплавах Fe-Au и Fe-Au-B-N, изученное методом малоуглового рассеяния нейтронов in situ». Акта Материалия . 61 (18): 7009–19. Бибкод : 2013AcMat..61.7009Z. doi :10.1016/j.actamat.2013.08.015.
  135. ^ Чжан С., Квакернаак С., Слоф В., Брюк Э., ван дер Цвааг С., ван Дейк Н. (2015). «Самовосстановление повреждений от ползучести осаждением золота в сплавах железа». Передовые инженерные материалы . 17 (5): 598–603. дои : 10.1002/adem.201400511. S2CID  137674278.
  136. ^ Барр, Кристофер М.; Дуонг, Та; Баффорд, Дэниел К.; Милн, Захари; Молкери, Абхилаш; Хекман, Натан М.; Адамс, Дэвид П.; Шривастава, Анкит; Хаттар, Халид; Демкович, Майкл Дж.; Бойс, Брэд Л. (2023-07-19). «Автономное заживление усталостных трещин с помощью холодной сварки». Nature . 620 (7974): 552–556. Bibcode :2023Natur.620..552B. doi :10.1038/s41586-023-06223-0. ISSN  1476-4687. PMID  37468631. S2CID  259995049.
  137. ^ "Потрясающее открытие: металлы могут восстанавливать себя" . Получено 25 июля 2023 г.
  138. ^ Xu, GQ; Demkowicz, MJ (2013-10-02). "Заживление нанотрещин дисклинациями". Physical Review Letters . 111 (14): 145501. Bibcode : 2013PhRvL.111n5501X. doi : 10.1103/PhysRevLett.111.145501. hdl : 1721.1/84982 . PMID  24138252. S2CID  2019945.
  139. ^ Тейлор, Даниэль Линн; в het Panhuis, Марк (ноябрь 2016 г.). «Самовосстанавливающиеся гидрогели». Advanced Materials . 28 (41): 9060–9093. Bibcode : 2016AdM....28.9060T. doi : 10.1002/adma.201601613. PMID  27488822. S2CID  29306791.
  140. ^ Bertsch, Pascal; Diba, Mani; Mooney, David J.; Leeuwenburgh, Sander CG (25 января 2023 г.). «Самовосстанавливающиеся инъекционные гидрогели для регенерации тканей». Chemical Reviews . 123 (2): 834–873. doi :10.1021/acs.chemrev.2c00179. hdl : 2066/291335 . PMC 9881015 . PMID  35930422. 
  141. ^ Embaye NB, Ramini SK, Kuzyk MG (август 2008 г.). "Механизмы обратимой фотодеградации в дисперсном оранжевом 11-красителе, легированном в полимере PMMA". Журнал химической физики . 129 (5): 054504. arXiv : 0808.3346 . Bibcode : 2008JChPh.129e4504E. doi : 10.1063/1.2963502. PMID  18698911. S2CID  16251414.
  142. ^ Ramini SK, Dawson N, Kuzyk MG (2011-10-01). "Проверка гипотезы диффузии как механизма самовосстановления в дисперсионном оранжевом 11, легированном полиметилметакрилатом". JOSA B . 28 (10): 2408–12. arXiv : 1106.2732 . Bibcode :2011JOSAB..28.2408R. doi :10.1364/JOSAB.28.002408. ISSN  1520-8540. S2CID  118576642.
  143. ^ Ramini SK, Kuzyk MG (август 2012 г.). "Модель самовосстановления на основе полимерно-опосредованных хромофорных корреляций". Журнал химической физики . 137 (5): 054705. arXiv : 1205.0481 . Bibcode : 2012JChPh.137e4705R. doi : 10.1063/1.4739295. PMID  22894369. S2CID  5512565.
  144. ^ ab Demmenie, Menno (19 января 2022 г.). «Поведение льда при заживлении царапин локальной сублимацией и конденсацией». Журнал физической химии C. 126 ( 4): 2179–2183. doi :10.1021/acs.jpcc.1c09590. PMC 8819648. PMID 35145575  . 
  145. ^ Кингери, У. Д. «Регеляция, поверхностная диффузия и спекание льда». Журнал прикладной физики 31.5 (1960): 833-838.
  146. ^ Yang Z, Wei Z, Le-ping L, Hong-mei W, Wu-jun L (2011). «Самовосстанавливающееся композитное антикоррозионное покрытие». Physics Procedia . 18 : 216–21. Bibcode : 2011PhPro..18..216Y. doi : 10.1016/j.phpro.2011.06.084 . ISSN  1875-3892.
  147. ^ Чжу М., Ронг М.З., Чжан М.К. (2014). «Самовосстанавливающиеся полимерные материалы для неструктурного восстановления функциональных свойств». Polymer International . 63 (10): 741–49. doi :10.1002/pi.4723.
  148. ^ Pacheco J, Šavija B, Schlangen E, Polder RB (2014). «Оценка трещин в железобетоне с помощью электрического сопротивления и анализа изображений». Строительство и строительные материалы . 65 : 417–26. doi :10.1016/j.conbuildmat.2014.05.001.
  149. ^ Mauldin TC, Kessler MR (2010). «Самовосстанавливающиеся полимеры и композиты». International Materials Reviews . 55 (6): 317–46. Bibcode : 2010IMRv...55..317M. doi : 10.1179/095066010X12646898728408 .
  150. ^ "Самовосстанавливающийся эластомер выходит на промышленное производство". www.arkema.com . Получено 13.12.2015 .
  151. ^ Bourzac K (12 декабря 2008 г.). «Первые самовосстанавливающиеся покрытия». technologyreview.com . Получено 18 ноября 2016 г. .
  152. ^ Ринкон П. (30 октября 2010 г.). «Время лечить: материалы, которые восстанавливаются сами». BBC . Получено 19 мая 2013 г.

Внешние ссылки