Zelfgenezende coating betekent einde van gebarsten telefoons, zegt wetenschapper

Stel je een mobiel voor die kan genezen van snijwonden en krassen, net zoals het menselijk lichaam dat kan. Voor Chinese onderzoeker Ming Yang en zijn team aan het Harbin Institute of Technology is het niet echt een kwestie van je voorstellen: ze hebben een nieuw soort slimme coating ontwikkeld die zowel zacht is als en moeilijk, niet zoals onze eigen huid.

"We hebben een zelfherstellende coating ontworpen met een hardheid die zelfs het tandglazuur benadert door de structuur van de opperhuid na te bootsen," vertelt Yang. omgekeerde. "Dit is de meest wenselijke eigenschappencombinatie in de huidige zelfherstellende materialen en coatings."

Zoals beschreven in een paper gepubliceerd woensdag in ACS Nano, dit nieuwe materiaal is verre van de eerste slimme coating, terwijl eerder onderzoek zowel naar zachte als harde coatingopties keek. Yang zegt dat er een serieuze wereldwijde behoefte is aan betere zelfherstellende materialen.

"Tegenwoordig praten mensen altijd over milieu en energie", zegt hij. "Een zelfherstellend materiaal kan op een slimme, milieuvriendelijke manier veel geld en energie besparen. Maar de huidige zelfherstellende materialen en coatings zijn doorgaans zacht en slijten snel. Dit kan potentiële problemen opleveren bij het beheer van kunststofafval."

Dit nieuwe materiaal kan die afvalproblemen oplossen, omdat het dichterbij komt dan welke andere voorganger dan ook door de flexibiliteit van een zachte coating en de veerkracht van een harde coating te combineren, zonder de korte levensduur van de eerste of de broosheid van de laatste. Dit zou het beste van beide werelden kunnen zijn.

"De kunst is om kunstmatige materialen op een natuurlijke manier te gebruiken", zegt Yang. "De meerlaagse structuur is de sleutel. Door een harde laag met grafeenoxide bovenop een zachte laag te plaatsen, creëren we een slimme hybridisatie waar je het meeste uit kunt halen."

Het grafeenoxidemateriaal dat wordt gebruikt in de toplaag van de coating is harder dan huidcellen, waardoor het een stevigheid heeft die dichter bij die van het tandglazuur ligt. Het verbazingwekkende is, volgens Yang, dat de harde en zachte lagen van de coating in staat zijn om samen te werken om helende eigenschappen te creëren die op zichzelf niet tot stand konden komen.

"Het is opwindend om te zien dat we veeleisende eigenschappen in twee natuurlijke structuren kunnen integreren, namelijk zelfherstellende eigenschappen in de huid en mechanische stijfheid en hardheid in tandglazuur, tot een kunstmatige slimme coating", zegt Yang. "En dit ontwerpprincipe is waarschijnlijk nuttig voor elk zelfherstellend polymeersysteem."

Het resultaat is een potentieel veel langduriger slimme coating die alles van telefoons tot gebouwen tegen krassen kan beschermen, terwijl de bacteriedodende eigenschappen betekenen dat het ook nuttig kan zijn in biomedische apparaten.

Nu is het alleen maar een kwestie van een laboratoriumcreatie veranderen in iets dat daadwerkelijk de markt kan bereiken. Er zijn enkele praktische zaken die eerst moeten worden opgelost om dat te laten gebeuren.

"Het huidige onderzoek maakt gebruik van moleculaire assemblage om de gewenste structuur te bereiken," zegt Yang. "In de toekomst zullen we een efficiëntere manier nodig hebben om de productielijn te versnellen. Spray-assisted coating kan een goede keuze zijn. We proberen ook een vergelijkbaar ontwerpprincipe toe te passen op andere zelfherstellende polymeren, vooral die die al in de handel verkrijgbaar zijn."

Toch zegt Yang dat hij optimistisch is dat deze slimme coating in de relatief nabije toekomst kan uitkomen in het tijdperk van zelfherstellende, krasbestendige smartphones.

"Ik ben er zeker van dat een prototype op basis van ons ontwerp binnen één tot twee jaar beschikbaar kan zijn," zegt Yang. "Het is echter nog een lange weg te gaan voordat een volwassen product kan worden ontwikkeld, waarvoor veel feedback van klanten nodig is en de deelname van investeerders en potentiële partners. Ik zal niet verbaasd zijn als dit vijf jaar of langer zou duren."