Materiales compuestos inteligentes: Auto-reparación (self-healing)

Se define a un material inteligente como aquel en el que se altera una propiedad del material clave de una manera controlada en respuesta a la aplicación de un estímulo externo predeterminado. Algunos ejemplos de dichas propiedades son: cambios en la forma de la muestra, en propiedades mecánicas, opacidad, porosidad o puede ser la permeabilidad para la liberación controlada de un componente molecular específico para propósitos de distribución de drogas.

Sin embargo, cuando se habla de auto-reparación de materiales se deben hacer foco en aquellos materiales que pueden recuperar sus propiedades mecánicas(al menos parcialmente) en respuesta a la aplicación de un estímulo.

Un investigador holandés, E. Van der Zwaag de la Universidad de Praga, propuso el diseño de piezas o muestras a través del control del daño. Esta idea se inspira en materiales biológicos: al igual que luego de una rotura ósea, que es capaz de sellarse de forma autónoma, y la piel dañada que se puede auto-generar, el autor postula la necesidad de re-diseñar los materiales de tal forma que la formación del daño sea contrarrestado por un proceso autónomo subsecuente de reparación del daño. Esto implica que los espacios vacíos creados por las fisuras y defectos necesitan ser llenados por un nuevo material con el objeto para sellar las fisuras, de forma tal de evitar que sustancias agresivas puedan ingresar en el largo plazo y, eventualmente, recuperar las propiedades mecánicas.

Para llenar los espacios vacíos creados por las fisuras, algún material necesita ser transferido hacia la ubicación del defecto. En consecuencia, es necesario un agente reparador líquido es necesario. La viscosidad del agente reparador debe ser baja ya que representa la resistencia del líquido a fluir. De esta forma, el agente reparador podrá alcanzar la fisura dentro de la zona dañada, incluyendo las micro-fisuras. Una vez que el agente alcanza estas fisuras debe llenar el volumen de la fisura. Kim Van Tittelboompropone que el agente debe expandirse dentro de la fisura y ocupar un volumen mayor que el que ocupaba cuando estaba almacenado antes de la ocurrencia del daño, por lo que este investigador trabaja con poliuretano que se expande luego de ser liberado.

Otro requisito que el agente reparador debe cumplir es que forme una unión lo suficientemente fuerte entre las caras de las fisuras. Además, se necesita un contenedor que almacene el agente reparador y que sea sensible al daño y dispare el mecanismo de reparación a través de la liberación del agente de reparación.

 

Self healing

Fig. 7. Concepto de reparación autónoma que incorpora el agente de reparación encapsulado y el catalizador en forma de partículas dispersas en la matriz polimérica. A) el daño causa la formación de una fisura en la matriz; b) la fisura rompe las microcápsulas, liberando el agente reparador liquido en el plano de la fisura, c) el agente reparador polimeriza luego de contactar al catalizador embebido, uniendo y sellando la fisura [1].


 

ESTA NOTA SEGUIRÁ PROXIMAMENTE…. (el 20 de junio aprox) 



[1] White SR, Sottos NR, Geubelle PH, Moore JS, Kessler MR, Sriram SR, et al. Autonomic healing of polymer composites. Nature 2001;409:794–7;

     Jueves 16 de Julio de 2020