Výzkumníci umožňují kovovým konstrukcím vyztuženým vlákny samostatně obnovovat svou integritu, čímž se jejich životnost prodlouží z desítek let na staletí.
Tým inženýrů ze Státní univerzity v Severní Karolíně a Houstonské univerzity právě představil průlomový objev, který vypadá jako něco přímo z počítačové obrazovky: kompozitní materiál vyztužený vlákny, který je schopen se více než tisíckrát sám uzdravit, než se u něj projeví výrazné známky degradace. Testy na různých vzorcích a strukturách v laboratoři potvrdily, že kompozit znovu a znovu obnovuje svou integritu, podobně jako záchranná tyč auta ve videohře.
Ti, kdo hráli hry jako Need for Speed nebo Star Wars: Racer, tuto mechaniku dobře znají: stačí se několik sekund vyhýbat nárazům nebo stisknout tlačítko, a autu se znovu „obnoví zdraví“ a je připraveno závodit. Nyní se věda snaží přenést tuto interaktivní fantazii do reálného světa a první výsledky jsou mimořádně slibné.
Neviditelný nepřítel: delaminace
Klíč k objevu spočívá v boji proti jevu známému jako delaminace. Polymerové kompozity vyztužené vlákny, známé pod zkratkou FRP, se skládají z několika překrývajících se vrstev, které mají při používání a v průběhu času tendenci se od sebe oddělovat. Toto postupné oddělování oslabuje strukturu až do bodu kritického selhání a je jedním z hlavních faktorů omezujících životnost těchto materiálů, jak podrobně uvádí University of North Carolina (prostřednictvím Techspotu).
Aby tento problém vyřešil, výzkumný tým začlenil do 3D tisku termoplastické vytvrzovací činidlo. Tento prostředek je uspořádán jako speciálně vzorovaná mezivrstva mezi kompozitními lamináty, díky čemuž je dvakrát až čtyřikrát odolnější proti delaminaci než běžné materiály.
Elektrické teplo, které svařuje mikroskopické trhliny.
Mimořádná pevnost však není jedinou složkou složení. Struktura také integruje uhlíkové topné vrstvy, které po elektrickém zahřátí zvýší teplotu dostatečně vysoko, aby roztavily polymerní vrstvu, která lamináty spojuje. Roztavený materiál pak vtéká do mikrotrhlin a aktivně znovu svařuje poškozená místa.
Odborníci tento mechanismus nazývají „tepelné remendování“, což je proces založený na opětovném zesíťování polymerních řetězců: v praxi si materiál „pamatuje“ svou původní konfiguraci a po každém poškození se do ní vrací. Skutečně ohromující podle vědců je, že trvalo více než 1 000 testů se značnými nárazy a tlaky, než struktura začala vykazovat výrazné opotřebení.
Z desetiletí na staletí: životnost se násobí
Vedoucí výzkumník Jack Turicek zdůrazňuje, že materiál překonává běžné kompozity již od prvního použití a tuto výhodu si zachovává po dobu nejméně 500 cyklů poškození a oprav. Pevnost však s každým cyklem postupně klesá, ale tak pomalým tempem, že vědci odhadují, že některé komponenty by mohly zůstat funkční až 500 let. Pro představu, tradiční kompozitní materiál FRP má obvykle životnost 15 až 40 let.
Ekonomické a ekologické důsledky je těžké ignorovat: méně náhradních dílů znamená méně průmyslového odpadu a snížení spotřeby energie spojené s výrobou nových komponent. Sami výzkumníci však upozorňují, že kompozit musí ještě projít testy v reálných podmínkách, než bude možné uvažovat o jeho nasazení ve velkém měřítku. Skok z laboratoře do reálného světa, zejména v tak náročných odvětvích, jako je letectví, je dlouhá a nutná cesta. Přesto to nemusí trvat tak dlouho, než se podobně jako ve hře Halo vozidlo nebo letadlo po krátkém oddechu samo vrátí do optimálního stavu.