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Un rivestimento in metallo che si ripara da solo
Aerei, automobili e navi che non si corrodono sono la promessa di rivestimenti di vernice autorigeneranti e materiali polimerici. Ora i ricercatori al Istituto Fraunhofer per l'ingegneria manifatturiera e l'automazione e l'Università di Duisburg-Essen in Germania hanno ideato un rivestimento metallico che potrebbe essere in grado di ripararsi da solo dopo aver subito un danno.
Bolle curative : Piccole capsule piene di liquido larghe poche centinaia di nanometri sono disperse in un sottile strato di metallo elettrolitico. Le capsule potrebbero essere riempite con polimeri per realizzare rivestimenti metallici che si autoriparano.
Il metallo autorigenerante può essere galvanizzato, il che apre applicazioni nell'edilizia, nella produzione di automobili e in altre industrie che utilizzano o producono macchine in acciaio. (Dadi, bulloni e viti in acciaio, che è suscettibile alla corrosione, sono già galvanizzati con metalli antiruggine come zinco e cromo.)
Il nuovo rivestimento ha uno spessore di circa 15 micrometri e contiene capsule polimeriche di poche centinaia di nanometri di diametro. Quando la placcatura viene graffiata, le capsule dovrebbero scoppiare e rilasciare il loro contenuto, che potrebbe essere un polimero in grado di sigillare la fessura o liquidi che inibiscono la corrosione.
Finora, i ricercatori hanno realizzato rivestimenti infusi con nanocapsule da metalli o leghe tra cui rame, zinco e nichel. In linea di principio, dovrebbe essere possibile realizzarli da qualsiasi metallo che possa essere galvanizzato, afferma Harald Holeczek, un ricercatore di Fraunhofer coinvolto nel lavoro.
Sebbene Holeczek e i suoi colleghi non abbiano ancora dimostrato la proprietà di autoriparazione del materiale, essere in grado di incorporare nanocapsule piene di liquido in strati elettrolitici è significativo, afferma Michael Kessler , professore di scienze dei materiali e ingegneria alla Iowa State University. Questo è il primo rivestimento autorigenerante che può essere galvanizzato, dice. Il vantaggio è che la galvanica è un processo industriale ampiamente utilizzato.
Il liquido all'interno delle nanocapsule potrebbe essere adattato a una varietà di scopi. Ad esempio, le capsule nella placcatura dei cuscinetti a sfera potrebbero essere riempite con oli minerali per rendere i cuscinetti autolubrificanti. Capsule riempite con liquidi colorati o oli profumati potrebbero rendere parti metalliche che cambiano colore o rilasciano un odore quando vengono danneggiate. Meglio ancora, diversi tipi di capsule potrebbero essere incorporati all'interno di uno strato di metallo, afferma Holeczek. Ad esempio, potrebbe essere possibile utilizzare colore o profumo in uno strato superiore per segnalare usura o danni e utilizzare un agente di inibizione in uno strato più profondo per prevenire gravi danni.
La galvanica comporta il passaggio di una corrente attraverso una soluzione elettrolitica contenente ioni metallici positivi. L'oggetto da rivestire riceve una carica negativa e viene immerso nell'elettrolita. Gli ioni positivi vengono attratti dalla superficie negativa, creando un sottile strato di metallo.
I ricercatori Fraunhofer realizzano le nanocapsule separatamente prima di aggiungerle a una soluzione elettrolitica. Ma realizzare capsule che sopravvivono al processo di galvanica non è stato facile: gli elettroliti aggressivi possono facilmente degradare le capsule, afferma Holeczek. Inoltre, le minuscole capsule tendono ad aderire l'una all'altra una volta introdotte in un mezzo acquoso. Quindi i ricercatori hanno dovuto aggiungere una miscela proprietaria di sostanze chimiche alla soluzione elettrolitica e alle capsule stesse, per evitare che ciò accada.
Di conseguenza, le nanocapsule possono essere integrate nella sottile placcatura senza alterarne la durezza e altre proprietà meccaniche, afferma Holeczek. Sono inoltre distribuiti uniformemente attraverso lo strato di metallo, il che significa che c'è una migliore possibilità che le capsule si aprano anche quando il danno è minore.
Paul Braun , professore di scienza dei materiali e ingegneria presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, ha realizzato un sistema di guarigione a microcapsule che può essere aggiunto a un'ampia gamma di vernici e rivestimenti protettivi ed è ora in fase di commercializzazione. Dice che rendere le capsule troppo piccole potrebbe vanificare lo scopo: se hai un graffio largo 15 micrometri, non puoi rilasciare abbastanza materiale per riempire il piano della crepa.
Tuttavia, una volta che i ricercatori escogitano le sostanze chimiche appropriate per dimostrare che il materiale può guarire da solo, afferma Braun, potrebbe aprire uno spazio di opportunità completamente nuovo.