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Stellen Sie sich ein Mobiltelefon vor, das genauso wie der menschliche Körper vor Schnitten und Kratzern heilen kann. Für den chinesischen Forscher Ming Yang und sein Team vom Harbin Institute of Technology ist es nicht mehr nur eine Frage der Vorstellung: Sie haben eine neue Art von intelligenter Beschichtung entwickelt, die beide weich macht und hart, ähnlich wie unsere eigene Haut.
„Wir haben eine selbstheilende Beschichtung mit einer Härte entwickelt, die sich sogar dem Zahnschmelz annähert, indem sie die Struktur der Epidermis nachahmt“, erzählt Yang Inverse. "Dies ist die wünschenswerteste Eigenschaftskombination in den aktuellen selbstheilenden Materialien und Beschichtungen."
Wie in einem Papier beschrieben, das am Mittwoch in veröffentlicht wurde ACS Nano Dieses neue Material ist weit von der ersten intelligenten Beschichtung entfernt. In früheren Untersuchungen wurden sowohl die Optionen für weiche als auch für harte Beschichtungen untersucht. Yang sagt, es gibt ein weltweites Bedürfnis nach besseren Materialien zur Selbstheilung.
„Heutzutage spricht man immer über Umwelt und Energie“, sagt er. „Ein selbstheilendes Material kann auf intelligente und umweltfreundliche Weise viel Geld und Energie sparen. Die derzeitigen selbstheilenden Materialien und Beschichtungen sind jedoch normalerweise weich und verschleißen schnell. Dies kann zu potenziellen Problemen bei der Entsorgung von Kunststoffabfällen führen. “
Dieses neue Material könnte diese Abfallprobleme lösen, da es der Flexibilität eines weichen Überzugs und der Belastbarkeit eines harten Überzugs näher kommt als jeder Vorgänger, ohne die kurze Lebensdauer oder die Sprödigkeit des ersteren. Dies könnte das Beste aus beiden Welten sein.
"Der Trick besteht darin, künstliche Materialien auf natürliche Weise zu verwenden", sagt Yang. „Die Multilayer-Struktur ist der Schlüssel. Durch das Aufbringen einer harten Schicht, die Graphenoxid enthält, auf eine weiche Schicht, schaffen wir eine intelligente Hybridisierung, mit der Sie das Beste aus sich herausholen können. “
Das in der Deckschicht der Beschichtung verwendete Graphenoxid-Material ist härter als Hautzellen und bietet eine Zähigkeit, die der von Zahnschmelz ähnelt. Das Erstaunliche ist laut Yang, dass die harten und weichen Schichten der Beschichtung in der Lage sind, heilende Eigenschaften zu erzeugen, die beide nicht alleine erreichen können.
„Es ist spannend zu sehen, dass wir anspruchsvolle Eigenschaften in zwei natürlichen Strukturen, nämlich die Selbstheilungseigenschaft in der Haut und die mechanische Steifigkeit und Härte des Zahnschmelzes, in eine künstliche, intelligente Beschichtung integrieren können“, sagt Yang. "Und dieses Konstruktionsprinzip ist wahrscheinlich für jedes selbstheilende Polymersystem von Nutzen."
Das Ergebnis ist eine möglicherweise langlebigere intelligente Beschichtung, die alles vom Telefon bis zum Gebäude vor Kratzern schützen kann, während die Bakterien abtötende Eigenschaften bedeuten, dass sie auch in biomedizinischen Geräten nützlich sein könnte.
Jetzt geht es nur noch darum, aus einer Laborkreation etwas zu machen, das tatsächlich den Markt erreichen kann. Es gibt einige praktische Probleme, die zuerst gelöst werden müssen.
"In der aktuellen Forschung wird molekulare Anordnung verwendet, um die gewünschte Struktur zu erreichen", sagt Yang. „In Zukunft brauchen wir einen effizienteren Weg, um die Produktionslinie zu beschleunigen. Sprühunterstützte Beschichtung kann eine gute Wahl sein. Wir versuchen, ähnliche Konstruktionsprinzipien auch auf andere selbstheilende Polymere anzuwenden, insbesondere solche, die bereits kommerziell erhältlich sind. “
Yang ist jedoch zuversichtlich, dass diese intelligente Beschichtung in der Zeit der selbstheilenden, kratzfesten Smartphones in relativ kurzer Zeit entstehen könnte.
„Ich bin überzeugt, dass ein Prototypprodukt, das auf unserem Design basiert, in ein bis zwei Jahren verfügbar sein kann“, sagt Yang. „Es ist jedoch noch ein weiter Weg, bis ein ausgereiftes Produkt entwickelt werden kann, für das viele Kundenfeedbacks und die Beteiligung von Investoren und potenziellen Partnern erforderlich sind. Es würde mich nicht wundern, wenn dies fünf oder mehr Jahre dauern würde. “
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