Key Takeaways
- Das wachsende Feld selbstreparierender Materialien könnte eines Tages Geräte hervorbringen, die keiner Reparatur bedürfen.
- Forscher haben selbstreparierende Nanokristalle entwickelt, die in Halbleitern verwendet werden können.
- Australische Forscher demonstrierten kürzlich einen Weg, wie sich 3D-gedruckter Kunststoff bei Raumtemperatur selbst heilen kann, indem er nur Licht verwendet.
Vergessen Sie das Ersetzen defekter Teile, da sich Ihr Smartphone eines Tages möglicherweise selbst heilen kann.
Forscher sagen, dass sie selbstreparierende Nanokristalle entdeckt haben, die in Halbleitern verwendet werden können. Die Nanokristalle zielen auf Solarmodule ab, könnten aber in der Elektronik vielseitig eingesetzt werden. Es ist Teil einer wachsenden Anstrengung, Materialien zu finden, die sich selbst reparieren, um Abfall zu reduzieren.
"Benutzer können jetzt Risse in zuvor unzugänglichen Sch altkreisen von Hand reparieren", sagte der Technikexperte Jonathan Tian in einem E-Mail-Interview mit Lifewire. "Wenn solche Brüche auftreten, könnte normalerweise der gesamte Chip (oder sogar das gesamte Gerät) entsorgt werden. Darüber hinaus wird die Selbstheilungstechnologie durch die Verlängerung der Lebensdauer elektrischer Systeme die Menge an Elektroschrott reduzieren, die in die Umwelt gelangt."
Heile dich selbst
Während selbstheilende Materialien wie Science-Fiction aus Filmen wie The Terminator oder Spiderman erscheinen mögen, werden sie Realität. Wissenschaftler des Israel Institute of Technology haben kürzlich umweltfreundliche Nanokristall-Halbleiter entwickelt, die zur Selbstheilung fähig sind.
Der Prozess verwendet eine Gruppe von Materialien, sogenannte Doppelperowskite, die selbstheilende Eigenschaften aufweisen, nachdem sie durch die Strahlung eines Elektronenstrahls beschädigt wurden. Die erstmals 1839 entdeckten Perowskite haben kürzlich die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern aufgrund einzigartiger elektrooptischer Eigenschaften auf sich gezogen, die sie trotz kostengünstiger Herstellung hocheffizient bei der Energieumwandlung machen. Die Perowskite könnten in Solarzellen nützlich sein.
Die Perowskit-Nanopartikel wurden im Labor in einem kurzen, einfachen Prozess hergestellt, bei dem das Material einige Minuten lang erhitzt wurde. Ein Transmissionselektronenmikroskop verursachte Fehler und Löcher in den Nanokristallen.
Die Ermittler "sahen, dass sich die Löcher frei innerhalb des Nanokristalls bewegten, aber seine Ränder vermieden", schrieb das Team in einer Pressemitteilung. „Die Forscher entwickelten einen Code, der Dutzende von Videos analysierte, die mit dem Elektronenmikroskop aufgenommen wurden, um die Bewegungsdynamik innerhalb des Kristalls zu verstehen. Sie fanden heraus, dass sich Löcher auf der Oberfläche der Nanopartikel bildeten und sich dann in energetisch stabile Bereiche im Inneren bewegten."
Wachsendes Feld
Das Feld der selbstreparierenden Materialien wächst rasant. Australische Forscher zeigten beispielsweise kürzlich einen Weg, wie sich 3D-gedruckter Kunststoff bei Raumtemperatur selbst heilen kann, indem er nur Licht verwendet. Das Team der University of New South Wales hat gezeigt, dass die Zugabe eines „Spezialpulvers“zum flüssigen Harz, das im Druckprozess verwendet wird, später dazu beitragen kann, schnelle und einfache Reparaturen durchzuführen, falls das Material brechen sollte.
Glänzende Standard-LED-Leuchten können den bedruckten Kunststoff in etwa einer Stunde reparieren, was zu einer chemischen Reaktion und Verschmelzung der beiden Bruchstücke führt.
Die Forscher behaupten, dass der gesamte Prozess den reparierten Kunststoff noch stärker macht als vor der Beschädigung. Es ist zu hoffen, dass die Weiterentwicklung der Technik dazu beitragen wird, den chemischen Abfall in Zukunft zu reduzieren.
"An vielen Stellen, an denen Sie ein Polymermaterial verwenden, können Sie diese Technologie verwenden", sagte Nathaniel Corrigan, eines der Teammitglieder, in einer Pressemitteilung. „Wenn also eine Komponente ausfällt, können Sie das Material reparieren, ohne es wegwerfen zu müssen. Es gibt einen offensichtlichen Vorteil für die Umwelt, weil Sie nicht jedes Mal, wenn es kaputt geht, ein brandneues Material neu synthetisieren müssen. Wir nehmen zu die Lebensdauer dieser Materialien, wodurch Plastikmüll reduziert wird."
Bram Vanderborght, Professor an der Vrije Universiteit Brussel in Belgien, ist Teil eines Teams, das an selbstreparierenden Robotergreifern arbeitet. Die Greifer verwenden selbstheilende Polymere und sind für den Einsatz in Umgebungen vorgesehen, in denen Roboter häufig beschädigt werden. „Aber diese Technologie und unsere Arbeit haben auch Anwendungen, die über die aktuelle Anwendung hinausgehen“, sagte er Lifewire in einem E-Mail-Interview.
Selbstheilende Roboter könnten in Zukunft für mehr Autonomie sorgen.
"Wir können Fortschritte bei der Entwicklung von schadenstoleranten Materialsystemen erwarten, die elektronische und Roboterfunktionen unterstützen", sagte Tian. "Diese Systeme können Materialien enth alten, die in der Lage sind, Schäden zu erkennen, das Ereignis zu melden und Materialeigenschaften zu heilen oder anzupassen, um den Schaden zu mindern, um einen Ausfall oder zukünftige Schäden zu vermeiden."
