Ideaal: wanneer dit materiaal scheurt of doormidden wordt gesneden, heeft het alleen wat warmte en licht nodig om te helen.

We hebben allemaal wel eens een lekke fietsband gehad of een scheur in onze schoenzool. De rubberen fietsband plakken we en met het kapotte schoeisel gaan we naar de schoenmaker. Als het aan onderzoekers van de University of Southern California ligt, gaat dat in de toekomst een stuk makkelijker, dankzij zelfhelende materialen.

Lees ook: Materiaal wordt sterker na gebruik

Thiolen

De wetenschappers ontwikkelden een vloeibaar materiaal dat uit de 3D-printer komt. Dit goedje wordt in de gewenste vorm gelegd, in een mal bijvoorbeeld, en uitgehard met licht, zodat een stevige stof ontstaat. En wanneer het materiaal doormidden wordt gesneden, is het niet onbruikbaar meer. Sterker nog, het repareert zichzelf weer. Dat werkt zo.

Het goedje dat uit de printer komt ‘gerold’ bevat zogenoemde thiolen. Deze organische verbinding bevat een zwavelatoom (sulfur) en reageert op licht. Maar zodra er een oxidator wordt toegevoegd aan de vloeistof, vindt er een chemische reactie plaats en ontstaan er disulfides. Deze disulfides hebben zelfhelende eigenschappen.

In balans

Toch was het maken van dit materiaal niet zo makkelijk als het misschien klinkt. Zo moesten de onderzoekers de perfecte balans vinden tussen de chemische groep die het uitharden met behulp van licht mogelijk maakt (de thiolen) en de groep die het materiaal in staat stelt zichzelf te repareren (de disulfides).

Te veel disulfides in de mix zorgt er namelijk voor dat het materiaal niet uithardt onder licht, terwijl het zijn zelfhelende eigenschap verliest bij gebruik van te veel thiolen. Na veel testen is het de onderzoekers eindelijk gelukt om de juiste verhoudingen te vinden.

Zelfhelende fietsband

Toen het team de methode testte, door een aantal geprinte objecten doormidden te snijden, hadden de meeste voorwerpen zichzelf na zo’n twee uur gerepareerd. Dit gebeurde bij een temperatuur van 60 graden Celsius. De onderzoekers denken dit proces te kunnen versnellen door de temperatuur te verhogen.

Het materiaal biedt veel mogelijkheden voor in de toekomst. Per ongeluk met je fiets over glasscherven gereden? Geen probleem, hou de lekke band onder een warme lamp en het rubber dicht zichzelf. Hetzelfde geldt voor schoenzolen. Bovendien wil het team nu onderzoeken of deze techniek ook bij andere materialen, zoals hard plastic, werkt.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.

Bronnen: Nature, University of Southern California, New Atlas, De Ingenieur

Beeld: An Xin and Kunhao Yu

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!