Трудно поверить, что крошечная трещина может разрушить гигантскую металлическую структуру. Но иногда мосты, трубопроводы и даже самолеты разрушаются из-за трудно обнаруживаемой коррозии в крошечных трещинах, царапинах и вмятинах. В Северо-Западном университете (США) нашли решение этой проблемы.
©Wikipedia
Команда сотрудников Северо-Западного университета разработала новую стратегию нанесения покрытия на металл, который способен самовосстанавливаться в течение нескольких секунд при царапинах или трещинах. Новый материал может предотвратить превращение этих крошечных дефектов в локальную коррозию, которая, в свою очередь, может привести к разрушению основных конструкций. Результаты их исследования опубликованы в журнале Research.
Сейчас уже существуют несколько самовосстанавливающихся покрытий, однако эти материалы обычно работают с нанометровыми и микронными повреждениями. Чтобы разработать покрытие, способное удалить более крупные царапины в миллиметровом масштабе, группа ученых под руководством профессора Цзясин Хуана (Jiaxing Huang) обратились к жидкости.
Когда лодка «разрезает» водную гладь, та очень быстро восстанавливается из-за своей консистенции. Этим примером вдохновились исследователи, поняв, что масло — самая совершенная система самовосстановления. Однако обычные масла текут слишком быстро, поэтому специалистам нужно было разработать субстанцию с противоречивыми свойствами: достаточно текучую, но не настолько, чтобы она стекала с поверхности металла. Вскоре такое решение было найдено.
В ходе работы ученым удалось повысить вязкость силиконового масла, добавив в него микрокапсулы из восстановленного оксида графена, которые образуют самоорганизующуюся структуру. Капсулы адсорбируют масло и образуют прочную сеть. Когда эта сеть нарушается трещинами или царапинами, капсулы высвобождают масло, восстанавливая ее. Покрытие очень прочно прилипает к материалу и надежно крепится даже под водой и в агрессивных химических средах. Микрокапсулы не делают масло тяжелее, поэтому оно не будет капать даже с вертикальных поверхностей и потолка. Покрытие также может выдерживать сильную турбулентность и прилипать к острым углам, не сдвигаясь. Вязкость покрытия увеличило даже сравнительно малое количество — пять массовых процентов микрокапсул увеличили ее в тысячу раз. Хуан предполагает, что его можно наносить на мосты и лодки, которые естественным образом погружаются в воду.
Исследователи проверили покрытие на устойчивость к царапинам и урону, а также к враждебной среде. Они нанесли защитное масло на алюминий и подвергли его многократным регулярным повреждениям. Помимо этого, металл опускали в раствор соляной кислоты. В обоих экспериментах покрытие отлично себя зарекомендовало: алюминий более 200 раз восстанавливал свою структуру и не подвергся коррозии.
