В будущем порванная штанина будет сама зашиваться, а поцарапанный бампер — чинить царапину. И это не обещания революционеров-футуроголов, а вполне реальный прогноз, ведь самовосстанавливающиеся материалы — уже реальность.

Над материалами, которые самостоятельно восстанавливаются после разрывов и разрезов, не теряя своих свойств, трудится множество исследовательских групп по всему миру. О работе и достижениях французов мы рассказывали в заметке «Самолечащаяся резина». Теперь пришла пора раскрыть детали работы их коллег из США, профессора Марека Урбана (Marek Urban) и его студента Бисваджита Гхоша (Biswajit Ghosh).

Их материал самовосстанавливается под воздействием солнечного света. Он состоит из полиуретана, оксетана и хитозана. При появлении разрывов в структуре полиуретановых молекул, их заполняют два других полимера, которые благодаря энергии солнечного УФ излучения химически связываются друг с другом, фиксируя поврежденную область.

Действительно, вся хитрость при создании «самолечащихся» материалов — в подборе компонентов. Полиуретан представляет собой эластичный полимер, и сам по себе довольно устойчивый к царапинам и повреждениям. Он является как бы первым слоем обороны. Теми же повреждениями, которые все-таки появятся, займется пара оксетана и хитозана.

В химической структуре оксетана имеется нестабильное кольцо, состоящее из 3-х атомов углерода и одного кислорода. При небольшом вмешательстве извне (например, при нарушении структуры материала) это кольцо разъединяется, оставляя пару высоко реактивных концов. Довершает дело попадающий на них фотон УФ-излучения: его энергия позволяет открывшемуся кольцу прореагировать с хитозаном, эффективно «заживляя» повреждение. Наверное, все это кажется скучноватой химией, но взгляните на иллюстрацию слева: глубокая царапина буквально зарастает на глазах!

Ученые тестировали полученный материал, самым безжалостным образом царапая его, а затем помещая под свет 120-ваттной УФ лампы. В течение получаса все раны исчезали почти бесследно. Реакция успешно протекала в самых разных условиях, от полной сухости до высокой влажности. Теперь можно подсчитать: использованная Гхошем и Урбаном лампа создавала излучение, мощность которого распределялась с «плотностью» 0,3 Вт/м2 — а это лишь немногим больше обычной для солнечного света цифры в 0,25 Вт/м2. Так что, хотя на реальном солнечному свету тестирование не проводилось, ученые уверенно обещают, что под его лучами восстановление материала будет протекать почти так же быстро.

Они считают, что их материал найдет применение, прежде всего, для покрытия экранов, оптических линз и других объектов, для которых появление царапин означает снижение эффективности работы. Но, конечно, потенциально эта команда полимеров может использоваться практически где угодно, хотя прежде еще предстоит провести дополнительные исследования. К примеру, пока неясно, сохраняются ли необычные свойства материала, или со временем они деградируют. Непонятно, как он поведет себя в уличных условиях, сколько «ремонтов царапин» он способен выдержать… словом, профессору Урбану и его студенту есть над чем поработать.

По публикации ars technica